CN108220122A - 使用机器人进行pcr反应的方法、系统及实验室 - Google Patents

Abstract

本发明提供使用机器人进行PCR反应的方法、系统及实验室。其中，该方法包括定位PCR仪、移液枪和存储PCR反应所需各种试剂的容器的位置；按照预设的加样顺序，驱动第一机械手和/或第二机械手，操控移液枪往反应容器中顺次添加预设体积的试剂，制成PCR反应体系；再次驱动第一机械手和/或第二机械手，将反应容器置于PCR仪内，操控PCR仪，使PCR仪按照预设的反应程序执行PCR反应。由于从制备PCR体系到在PCR仪中进行PCR扩展反应的操作过程全程用机器人替代，能够显著提高效率、稳定性、准确性，并可长时间持续工作，自动化程度高。

Description

使用机器人进行PCR反应的方法、系统及实验室

技术领域

本发明涉及医疗器械领域，尤其涉及使用机器人进行PCR反应的方法、系统及实验室。

背景技术

PCR是一种选择性扩增DNA或RNA的方法，其基本原理是依据体内细胞分裂中的DNA半保留复制机理，以及在体外dNTP分子于不同温度下双链和单链可以互相转变的性质，人为地控制体外合成系统的温度，以促使双链DNA变成单链DNA；单链DNA与人工合成的引物退火，以及在dNTP存在下，耐高温的DNA聚合酶使引物沿单链模板延伸成为双链DNA。PCR反应分3步：①变性：通过加热使DNA双螺旋的氢键断裂，双链解离形成单链DNA；②退火：当温度突然降低时，由于模板分子结构较引物要复杂得多，而且反应体系中引物DNA量大大多于模板DNA，使引物和其互补的模板在局部形成杂交链，而模板DNA双链之间互补的机会较少。③延伸：在DNA聚合酶和4种dNTP底物及Mg2+存在的条件下，5'→3'的聚合酶催化以引物为起始点的DNA链延伸反应，以上3步为一个循环，每一循环的产物可以作为下一个循环的模板，数小时之后，介于两个引物之间的特异性DNA片段得到了大量复制，数量可达2×106～7拷贝。

现有技术中，PCR由人工进行操作。PCR反应需要首先将多种试剂按照预设的顺序配置成PCR反应体系，然后再放入PCR仪中进行扩增反应。由于流程复杂，人工操作效率低、不稳定、易出错。而且，对于医院等场合，由于医疗资源紧张，医护人员经常超负荷工作，容易疲劳，难以持续工作，且长时间工作不利于医护人员的身心健康。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了使用机器人进行PCR反应的方法、系统及实验室。

具体地，其技术方案如下：

一种使用机器人进行PCR反应的方法，包括：

定位PCR仪、移液枪和存储PCR反应所需各种试剂的容器的位置；

按照预设的加样顺序，驱动第一机械手和/或第二机械手，操控移液枪往反应容器中顺次添加预设体积的试剂，制成PCR反应体系；

再次驱动所述第一机械手和/或所述第二机械手，将所述反应容器置于所述PCR仪内，操控所述PCR仪，使所述PCR仪按照预设的反应程序执行PCR反应。

在一些优选的实施方式中，“定位PCR仪、移液枪和PCR反应所需各种试剂的容器的位置”的方法包括，预先建立实验室内的三维数字地图，并在所述三维数字地图中标记所述第一机械手、所述第二机械手、所述移液枪、存储PCR反应所需各种试剂的容器的初始位置。

在一些优选的实施方式中，“预先建立实验室内的三维数字地图”的方法包括，在所述机器人的头部设置能够采集立体数字图像的后端相机，所述后端相机被配置为能够万向转动，所述机器人内的控制模块建立三维空间坐标系，在所述三维空间坐标系内导入所述后端相机获取的实验室内的立体图像，为实验室内的任一一点标记三维空间坐标，形成实验室内的所述三维数字地图。

在一些优选的实施方式中，每25ul所述PCR反应体系中，所述预设的加样顺序及所述预设体积包括：

S211：加入10倍浓度PCR缓冲液2.0-3.0ul；

S212：加入2.5mmol/L氯化镁溶液2.0-3.0ul；

S213：加入2.5mmol/L dNTP混合液2.0-3.0ul；

S214：加入2.5umol/L上游引物2.0-3.0ul；

S215：加入2.5umol/L下游引物2.0-3.0ul；

S216：加入25～50ng细菌DNA2.0-3.0ul；

S217：加入TsgDNA聚合酶2.0-3.0ul；

S218：加入超纯水8-12ul。

在一些优选的实施方式中，“驱动第一机械手和/或第二机械手，操控移液枪往反应容器中顺次添加预设体积的试剂”的方法包括：

S221：采集存储有需要添加的试剂的试剂容器的图像，根据所述图像判断所述试剂容器的盖子是否打开，若呈打开状态，则所述第一机械手和所述第二机械手相互配合，取出所述移液枪，设置所述移液枪的容积，给所述移液枪套上吸头，按压或拉动所述移液枪上的按钮排出空气后，将所述吸头伸入所述试剂容器内吸取试剂，继续移动所述移液枪至所述反应容器的上方，松开所述按钮，使所述移液枪内的液体排出到所述反应容器内；

S222：若所述试剂容器的盖子呈关闭状态，则所述第一机械手和所述第二机械手先相互配合执行开盖操作，然后再执行S211；

S223：按照预设的加样顺序，重复S211和S222，直至完成所需的所有试剂的添加，所述第一机械手和所述第二机械手相互配合执行对所述反应容器的关盖操作。

在一些优选的实施方式中，“再次驱动所述第一机械手和/或所述第二机械手，将所述反应容器置于所述PCR仪内”的方法包括：

S311：采集所述PCR仪的图像，根据所述图像判断所述PCR仪的盖子是否打开，若呈打开状态，则驱动所述第一机械手和/或所述第二机械手，将所述反应容器置于所述PCR仪内；

S312：若所述PCR仪的盖子呈关闭状态，则驱动所述第一机械手和/或所述第二机械手，先打开所述盖子，然后再执行S311；

S313：待所述反应容器被置于所述PCR仪内后，则驱动所述第一机械手和/或所述第二机械手，关闭所述盖子。

在一些优选的实施方式中，“驱动所述第一机械手和/或所述第二机械手，使所述PCR仪按照预设的反应程序执行PCR反应”的方法包括：

S321：采集所述PCR仪的外部图像，使所述机器人识别所述PCR仪上的按键或触摸面板；

S322：按照所述预设的反应程序，驱动所述第一机械手和/或所述第二机械手按压或触碰所述PCR仪上相应的按键或触摸面板，使所述PCR仪执行所述预设的反应程序。

在一些优选的实施方式中，所述预设的反应程序包括：

94摄氏度预变性250-350s；

94摄氏度变性35-45s；

40摄氏度退火35-45s；

72摄氏度延伸55-65s。

一种使用机器人进行PCR反应的系统，包括机器人、PCR仪、移液枪和存储PCR反应所需各种试剂的容器，所述机器人具有控制模块，所述控制模块被配置为按照前述任一技术方案所述的方法，控制所述机器人进行PCR反应操作。

一种实验室，具有前述技术方案所述的使用机器人进行PCR反应的系统。

本发明至少具有以下有益效果：

根据本发明提供的使用机器人进行PCR反应的方法、系统及实验室，由于从制备PCR体系到在PCR仪中进行PCR扩展反应的操作过程全程用机器人替代，能够显著提高效率、稳定性、准确性，并可长时间持续工作，自动化程度高。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本发明实施例中使用机器人进行PCR反应的方法的流程图；

图2是本发明实施例中制备PCR反应体系时各种试剂的加样流程图；

图3是本发明实施例中操控移液枪往反应容器中试剂的具体流程图；

图4是本发明实施例中实验室的示意图；

图5是图4的局部放大示意图；

图6是本发明实施例中双臂机器人的斜视图；

图7是本发明实施例中躯干部、左手臂组件和右手臂组件组合体的爆炸图；

图8是本发明实施例中第一机械手的斜视图；

图9是本发明实施例中第一机械手的爆炸图。

主要元件符号说明：

10-实验室；100-机器人；1000-第一机械手；1001-条形光源；1100-基座；1110-基壳；1120-背板；1130-侧板；1140-底板；1200-直线驱动机构；1310-第一滑块；1320-第二滑块；1410-第一夹持块；1420-第二夹持块；1510-第一夹持空间；1520-第二夹持空间；1530-第三夹持空间；1610-第一固定块；1620-第二固定块；1700-前端相机；1800-贯通槽；1900-立柱；2000-第二机械手；3000-承载立柱；4100-第一机械臂；4110-第一左手臂单体；4120-第二左手臂单体；4130-第三左手臂单体；4140-第四左手臂单体；4150-第五左手臂单体；4200-第二机械臂；4210-第一右手臂单体；4220-第二右手臂单体；4230-第三右手臂单体；4240-第四右手臂单体；4250-第五右手臂单体；5000-躯干部；5100-上躯干部；5200-下躯干部；6000-云台；6100-后端相机；7000-连接套筒；8110-第一左关节；8120-第二左关节；8210-第一右关节；8220-第二右关节；200-工作台；300-移液枪；400-脱枪架。

具体实施方式

在下文中，将更全面地描述本发明的各种实施例。本发明可具有各种实施例，并且可在其中做出调整和改变。然而，应理解：不存在将本发明的各种实施例限于在此公开的特定实施例的意图，而是应将本发明理解为涵盖落入本发明的各种实施例的精神和范围内的所有调整、等同物和/或可选方案。

在下文中，可在本发明的各种实施例中使用的术语“包括”或“可包括”指示所公开的功能、操作或元件的存在，并且不限制一个或更多个功能、操作或元件的增加。此外，如在本发明的各种实施例中所使用，术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。

在本发明的各种实施例中，表述“或”或“A或/和B中的至少一个”包括同时列出的文字的任何组合或所有组合。例如，表述“A或B”或“A或/和B中的至少一个”可包括A、可包括B或可包括A和B二者。

在本发明的各种实施例中使用的表述(诸如“第一”、“第二”等)可修饰在各种实施例中的各种组成元件，不过可不限制相应组成元件。例如，以上表述并不限制所述元件的顺序和/或重要性。以上表述仅用于将一个元件与其它元件区别开的目的。例如，第一用户装置和第二用户装置指示不同用户装置，尽管二者都是用户装置。例如，在不脱离本发明的各种实施例的范围的情况下，第一元件可被称为第二元件，同样地，第二元件也可被称为第一元件。

应注意到：在本发明中，除非另有明确的规定和定义，“安装”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接、也可以是可拆卸连接、或者一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也是可以通过中间媒介间接相连；可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，本领域的普通技术人员需要理解的是，文中指示方位或者位置关系的术语为基于附图所示的方位或者位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或者元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的各种实施例中使用的术语仅用于描述特定实施例的目的并且并非意在限制本发明的各种实施例。如在此所使用，单数形式意在也包括复数形式，除非上下文清楚地另有指示。除非另有限定，否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。所述术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本发明的各种实施例中被清楚地限定。

实施例

本实施例提供了使用机器人100进行PCR反应的方法、系统及实验室，用于在医院或化学中心的实验室10内替人工进行PCR反应操作。即该实验室10内具有使用机器人100进行PCR反应的系统，该使用机器人100进行PCR反应的系统至少具有机器人100。具体地，该机器人100包括第一机械手1000、第一机械臂4100、第二机械手2000、第二机械臂4200、控制模块和存储PCR反应所需各种试剂的容器。

在该实验室10内，如图1所示，使用机器人100进行PCR反应的方法，包括：

S1：定位PCR仪、移液枪300和存储PCR反应所需各种试剂的容器的位置；

S2：按照预设的加样顺序，驱动第一机械手1000和/或第二机械手2000，操控移液枪300往反应容器中顺次添加预设体积的试剂，制成PCR反应体系；

S3：再次驱动第一机械手1000和/或第二机械手2000，将反应容器置于PCR仪内，操控PCR仪，使PCR仪按照预设的反应程序执行PCR反应。

其中，PCR仪具有时间温度控制模块，能够给PCR反应体系分别在多种温度调节下保持预设的时间，以产生PCR反应。移液枪300是液体试剂的操控器械，能够从容器中定量抽取液体试剂，以及往容器中定量注入液体试剂。本实施例中PCR反应所需各种试剂包括PCR缓冲液、氯化镁溶液、dNTP混合液、上游引物、下游引物、模板DNA和聚合酶等。

优选地，“定位PCR仪、移液枪300和PCR反应所需各种试剂的容器的位置”的方法包括，预先建立实验室内的三维数字地图，并在三维数字地图中标记第一机械手1000、第二机械手2000、移液枪300、存储PCR反应所需各种试剂的容器的初始位置。

需要说明的是，预先建立实验室内的三维数字地图，并在三维数字地图中标记第一机械手1000、第二机械手2000、移液枪300、存储PCR反应所需各种试剂的容器的初始位置，仅是本实施例中定位PCR仪、移液枪300和PCR反应所需各种试剂的容器的位置的一种优选的方式，由于在执行PCR反应之前已经存储初始位置，能够减少机器人100在操控各仪器时定位所需的计算量，能够提高机器人100的反应速度。除上述优选的方式外，定位PCR仪、移液枪300和PCR反应所需各种试剂的容器的位置的方法还包括并不预先建立三维数字地图，当机器人100每需要执行一步操作时，先利用机器人100的相机、红外扫描仪或光谱共焦定位仪等装置计算待操作部件相对于机器人100的机械手或实验室内某一基点的距离和方位，在启动机器人100的运动控制模块，控制机器人100的机械臂和机械手的运动。

优选地，“预先建立实验室内的三维数字地图”的方法包括，在机器人100的头部设置能够采集立体数字图像的后端相机6100，后端相机6100被配置为能够万向转动，机器人100内的控制模块建立三维空间坐标系，在三维空间坐标系内导入后端相机6100获取的实验室内的立体图像，为实验室内的任一一点标记三维空间坐标，形成实验室内的三维数字地图。

需要说明的是，上述利用后端相机6100获取实验室内的立体图像建立实验室内的三维数字地图仅是一种优选的建立实验室内的三维数字地图的方法，除上述方法外，还可以使用例如激光扫描仪、光谱共焦扫描仪等设备预先扫描实验室内各物体的方位，获得三维立体图像，并结合三维空间坐标系，形成实验室内的三维数字地图。

优选地，“预先建立实验室内的三维数字地图”的方法还包括，在第一机械手1000和/或第二机械手2000上设置前端相机1700，前端相机1700被配置为能够随第一机械手1000或第二机械手2000移动到相对于后端相机6100更靠近实验室内其中一个子部件的位置，采集到分辨率更高的立体图像，机器人100内的控制模块将前端相机1700获取的立体图像导入三维空间坐标系得到更高分辨率的三维数字地图。

与现有技术相比，本实施例中三维数字地图的图像既来自后端相机6100，也来自前端相机1700，后端相机6100采集的实验室内的整体图像，能够建立一个初始的三维数字地图。在初始的三维数字地图的基础上，前端相机1700能够在第一机械手1000或第二机械手2000的带动下移动到实验室内后端相机6100的视觉盲区(视觉盲区是指，在后端相机6100的视角范围内，被前方物体遮挡的区域)，采集视觉盲区内的立体图像，传输给控制模块，控制模块将视觉盲区内的立体图像标定空间坐标，补充进初始的三维数字地图，形成二次生成的三维数字地图，提高了三维地图的完整性和精确度。

此外，与现有技术相比，由于前端相机1700能够移动，其能够用于采集实验室内某些特定区域的高精度图像，供机器人100操作实验室内的仪器进行PCR反应时能够精确定位。

本实施例中，在制作PCR反应体系时，往反应容器中添加试剂的顺序和体积是预设的，可预先存储在机器人100的控制模块中。作为一种优选，如图2所示，每25ulPCR反应体系中，预设的加样顺序及预设体积包括：

S211：加入10倍浓度PCR缓冲液2.0-3.0ul，进一步优选为2.5ul；

S212：加入2.5mmol/L氯化镁溶液2.0-3.0ul，进一步优选为2.5ul；

S213：加入2.5mmol/L dNTP混合液2.0-3.0ul，进一步优选为2.5ul；

S214：加入2.5umol/L上游引物2.0-3.0ul，进一步优选为2.5ul；

S215：加入2.5umol/L下游引物2.0-3.0ul，进一步优选为2.5ul；

S216：加入25～50ng细菌DNA2.0-3.0ul，进一步优选为2.5ul；

S217：加入TsgDNA聚合酶2.0-3.0ul，进一步优选为2.5ull；

S218：加入超纯水8-12ul，进一步优选为10ul。

优选地，如图3所示，“驱动第一机械手1000和/或第二机械手2000，操控移液枪300往反应容器中顺次添加预设体积的试剂”的方法包括：

S221：采集存储有需要添加的试剂的试剂容器的图像，根据图像判断试剂容器的盖子是否打开，若呈打开状态，则第一机械手1000和第二机械手2000相互配合，取出移液枪300，设置移液枪300的容积，给移液枪300套上吸头，按压或拉动移液枪300上的按钮排出空气后，将吸头伸入试剂容器内吸取试剂，继续移动移液枪300至反应容器的上方，松开按钮，使移液枪300内的液体排出到反应容器内；

S222：若试剂容器的盖子呈关闭状态，则第一机械手1000和第二机械手2000先相互配合执行开盖操作，然后再执行S211；

S223：按照预设的加样顺序，重复S211和S222，直至完成所需的所有试剂的添加，第一机械手1000和第二机械手2000相互配合执行对反应容器的关盖操作。

其中，第一机械手1000和第二机械手2000相互配合是指，对于同时需要两个机械手操作的仪器或者操作，第一机械手1000和第二机械手2000各操控该仪器的一部分部件或者对该仪器各执行一部分操作。如此，机器人100能够像人一样两手协同，灵活配合，进而代替人进行试验操作。

对于并不需要第一机械手1000和第二机械手2000仪器或者操作，第一机械手1000和第二机械手2000能够分别操作不同的仪器或者分别执行不同的操控。如此，与人工操作相比，具有明显的技术先进性，人的大脑大部分情况下只能只能控制人的手集中注意力同时进行一项操作，只有极少数人受过专业训练的人才能用两手同时执行不同的操作，而机器人100受程序控制，其第一机械手1000和第二机械手2000能够同时执行不同的操作，极大地提高了操作速度。

其中，该机器人100的第一机械手和第二机械手操控移液枪300，以执行步骤S221的方法包括：

S2111：机器人100的第一机械手1000夹持移液枪300的本体；

S2112：机器人100的第二机械手2000夹持移液枪300的容积调节装置，并转动或拨动容积调节装置，使移液枪300具有预设容积；

S2113：将吸头套在移液枪300的吸头杆上，利用摩擦力在吸头杆上保持吸头；

S2114：机器人100移动移液枪300至第一液体容器所在的区域，第二机械手2000按压或拉动移液枪300上的按钮排出预设容积的空气后，将吸头伸入第一液体容器内吸取预设容积的液体，继续移动移液枪300至反应容器所在的区域，第二机械手2000松开按钮，使移液枪300内的液体排出到反应容器内。

优选地，“机器人100的第一机械手1000夹持移液枪300的本体”的方法包括：

S21111：开启机器人100的图像采集系统，获取移液枪300的位置和形状；

S21112：计算移液枪300相对于第一机械手1000的距离和方位；

S21113：驱动机器人100的第一机械臂4100带动第一机械手1000移动到与移液枪300的本体匹配的位置；

S21114：驱动第一机械手1000的夹持单元移动进而夹紧移液枪300的本体。

其中，图像采集系统包括相机、图像信号传输线路、处理器、电源管理模块等，相机获取图像，图像信号传输线路将图像传输给处理器，处理器对图像进行降噪、灰度调整后，根据成像原理计算出图像中各物体的位置信息。

优选地，“机器人100的第二机械手2000夹持移液枪300的容积调节装置，并转动或拨动容积调节装置，使移液枪300具有预设容积”的方法包括：

S21121：图像采集系统采集容积调节装置的形状和实时位置；

S21122：计算容积调节装置相对于第二机械手2000的距离和方位；

S21123：驱动机器人100的第二机械臂4200带动第二机械手2000移动到与容积调节装置匹配的位置；

S21124：驱动第二机械手2000的夹持单元移动进而夹紧容积调节装置；

S21125：驱动第二机械手2000转动预设角度或者沿直线方向移动预设距离，使移液枪300具有预设容积。

优选地，“再次驱动第一机械手和/或第二机械手，将反应容器置于PCR仪内”的方法包括：

S311：采集PCR仪的图像，根据图像判断PCR仪的盖子是否打开，若呈打开状态，则驱动第一机械手和/或第二机械手，将反应容器置于PCR仪内；

S312：若PCR仪的盖子呈关闭状态，则驱动第一机械手和/或第二机械手，先打开盖子，然后再执行S311；

S313：待反应容器被置于PCR仪内后，则驱动第一机械手和/或第二机械手，关闭盖子。

优选地，“驱动第一机械手和/或第二机械手，使PCR仪按照预设的反应程序执行PCR反应”的方法包括：

S321：采集PCR仪的外部图像，使机器人100识别PCR仪上的按键或触摸面板；

S322：按照预设的反应程序，驱动第一机械手和/或第二机械手按压或触碰PCR仪上相应的按键或触摸面板，使PCR仪执行预设的反应程序。

其中，PCR仪上的按键或触摸面板可供机器人100的第一机械手和/或第二机械手按压或触碰后编辑产生温度参数和时间参数。

优选地，预设的反应程序包括：

第一步，94摄氏度预变性250-350s；

第二步，94摄氏度变性35-45s；

第三步，40摄氏度退火35-45s；

第四步，72摄氏度延伸55-65s。

优选地，如图4、图5所示，实验室内还具有工作台200，工作台200上用于放置各种仪器。进一步优选，工作台200上还设置有脱枪架400，用于辅助机器人100脱掉移液枪300上的吸头。

为了实施本实施例提供的机器人操控移液枪的方法，本实施例提供了一种优选的机器人100。如图6所示，该机器人100包括躯干部5000、第一机械臂4100、第二机械臂4200和承载立柱3000。其中，躯干部5000可转动地被支撑在承载立柱3000上方，第一机械臂4100由躯干部5000的左侧伸出，第二机械臂4200由躯干部5000的右侧伸出，第一机械臂4100的前端设置有第一机械手1000，第二机械臂4200的前端设置有第二机械手2000。

在本实施例中，躯干部5000是机器人100的主要躯体，其内部具有空腔，该空腔用于设置电源、线缆、电路板等电器元件。躯干部5000的外部优选为圆筒或者椭圆筒的变形结构，其前后两侧较为扁平，使得机器人的躯干部5000与人体的躯干部5000较为接近。

优选地，躯干部5000包括上躯干部5100和下躯干部5200，上躯干部5100相对于下躯干部5200向机器人100的前方倾斜设置。上躯干部5100的左侧连接第一机械臂4100，上躯干部5100的右侧连接第二机械臂4200。

在本实施例中，承载立柱3000位于机器人100的最下侧，其上方连接躯干部5000并承接躯干部5000、第一机械臂4100、第二机械臂4200和机器人其它组件的重量。作为一种优选的承载立柱3000，其为圆筒状结构，承载立柱3000的顶部和底部都设置有连接法兰，承载立柱3000底部的连接法兰连接外部的基座，例如实验室工作台的基座或者设置在地基上的基座。

优选地，承载立柱3000和下躯干部5200之间设置有连接套筒7000，下躯干部5200的下部套设在连接套筒7000内，连接套筒7000的下端设置有连接法兰，其与承载立柱3000顶部的连接法兰相匹配，并通过螺栓等紧固件连接。连接套筒7000的内部设置有躯干部5000转动驱动装置，躯干部5000转动驱动装置的定子固定在连接套筒7000内，躯干部5000转动驱动装置的动子固定连接下躯干部5200的内表面。当启动躯干部5000转动驱动装置时，其动子便带动躯干部5000相对于承载立柱3000转动。

优选地，躯干部5000转动驱动装置为伺服电机。由于伺服电机具有反馈特性，因而能够精确控制躯干部5000的转动角度，实现机器人100的精确定位操作。

优选地，第一机械臂4100包括第一左手臂单体4110、第二左手臂单体4120、第三左手臂单体4130、第四左手臂单体4140和第五左手臂单体4150。第一左手臂单体4110的尾端可转动地设置在躯干部5000左侧，具体地，第一左手臂单体4110的尾端可转动地设置在上躯干部5100的左侧。第一左手臂单体4110的前端和第二左手臂单体4120的尾端之间由第一左关节8110转动连接，第二左手臂单体4120的前端和第三左手臂单体4130的尾端之间由第二左关节8120转动连接，第三左手臂单体4130的前端和第四左手臂单体4140的尾端之间由第三左关节(图中未示出)转动连接，第四左手臂单体4140的前端与第五左手臂单体4150的尾端之间由第四左关节(图中未示出)转动连接，第一机械手1000与第五左手臂单体4150的前端转动连接。

优选地，第一左关节8110、第二左关节8120、第三左关节和第四左关节都设置有手臂单体转动驱动装置，用于驱动各左关节前后的左手臂单体之间相对转动。

在本实施例中，第一左手臂单体4110、第二左手臂单体4120、第三左手臂单体4130、第四左手臂单体4140和第五左手臂单体4150均为中空结构，它们内部的中空结构内能够穿设缆线以及设置手臂单体转动驱动装置。

优选地，第一左手臂单体4110、第二左手臂单体4120、第三左手臂单体4130、第四左手臂单体4140、第五左手臂单体4150和第一机械手1000的转动轴线中的至少三条互不平行。本实施例中，由于第一左手臂单体4110、第二左手臂单体4120、第三左手臂单体4130、第四左手臂单体4140、第五左手臂单体4150和第一机械手1000的转动轴线中的至少三条互不平行，使得第一机械手1000能够具有多个自由度，能够在预设的空间范围内任意移动。进一步优选，第二左手臂单体4120的转动轴线与第一左手臂单体4110的转动轴线垂直，第三左手臂单体4130、第四左手臂单体4140和第五左手臂单体41 50的转动轴线均与第二左手臂单体4120的转动轴线平行，第一机械手1000的转动轴线与第五左手臂单体4150的转动轴线垂直。

优选地，第二机械臂4200包括第一右手臂单体4210、第二右手臂单体4220、第三右手臂单体4230、第四右手臂单体4240和第五右手臂单体4250，第一右手臂单体4210的尾端可转动地设置在躯干部5000右侧，第一右手臂单体4210的前端和第二右手臂单体4220的尾端之间由第一右关节8210转动连接，第二右手臂单体4220的前端和第三右手臂单体4230的尾端之间由第二右关节8220转动连接，第三右手臂单体4230的前端和第四右手臂单体4240的尾端之间由第三右关节(图中未示出)转动连接，第四右手臂单体4240的前端与第五右手臂单体4250的尾端之间由第四右关节(图中未示出)转动连接，第二机械手2000与第五右手臂单体4250的前端转动连接。

优选地，第一右关节8210、第二右关节8220、第三右关节和第四右关节都设置有手臂单体转动驱动装置，用于驱动各右关节前后的右手臂单体之间相对转动。

优选地，第一右手臂单体4210、第二右手臂单体4220、第三右手臂单体4230、第四右手臂单体4240、第五右手臂单体4250和第一机械手1000的转动轴线中的至少三条互不平行。本实施例中，由于第一右手臂单体4210、第二右手臂单体4220、第三右手臂单体4230、第四右手臂单体4240、第五右手臂单体4250和第一机械手1000的转动轴线中的至少三条互不平行，使得第一机械手1000能够具有多个自由度，能够在预设的空间范围内任意移动。进一步优选，第二右手臂单体4220的转动轴线与第一右手臂单体4210的转动轴线垂直，第三右手臂单体4230、第四右手臂单体4240和第五右手臂单体4250的转动轴线均与第二右手臂单体4220的转动轴线平行，第一机械手1000的转动轴线与第五右手臂单体4250的转动轴线垂直。

需要说明的是，在本实施例中，关节是指相互转动连接的手臂单体之间的连接部位，关节可以由两手臂单体的各一部分结构组合而形成，其不一定为独立的部件。具体地，如图7所示，以第一左关节8110为例，第一左手臂单体4110的前端具有U型连接部，第二左手臂单体4120的尾端具有圆筒形连接部，手臂单体转动驱动装置的定子和动子分别设置在该U型连接部和该圆筒形连接部内。由此，该U型连接部、该圆筒形连接部以及它们之间的手臂单体转动驱动装置形成第一左关节8110。本实施例中，其它关节基于同样的原理形成，不再进一步叙述。

优选地，本实施例中手臂单体转动驱动装置为伺服电机。由于伺服电机具有反馈特性，因而能够精确控制各手臂单体之间的转动角度，实现机器人100的精确定位操作。

优选地，本实施例中，各左关节和右关节中设置有陀螺仪，用于精确测量各左关节和右关节前后的手臂单体的转动角度，便于精确控制机器人100的运动姿态。

优选地，还包括云台6000，云台6000可转动地设置在躯干部5000的顶部，云台6000上设置有后端相机6100。由于设置有带相机的云台6000，云台6000中的后端相机6100能够采集机器周围的图像，并利用机器人自身携带的图像识别模块定位目标、第一机械手1000和第二机械手2000。优选地，云台6000上的后端相机6100为立体相机。

在本实施例中，作为云台6000在躯干部5000的顶部的一种优选的转动连接方式，云台6000和上躯干部5100之间设置有云台6000转动驱动装置，云台6000转动驱动装置的动子连接云台6000，云台6000转动驱动装置的定子连接上躯干部5100。优选地，云台6000转动驱动装置为伺服电机。

本实施例提供了一种优选的第一机械手1000，具体地，请参阅图8和图9，第一机械手1000包括机械手基座1100、直线驱动机构1200和夹持组件，直线驱动机构1200设置在机械手基座1100内，直线驱动机构1200的输出端设置有用于安装并驱动夹持组件中各夹持块沿直线移动的滑块组件。

其中，作为一种优选的机械手基座1100，其包括基壳1110、背板1120和侧板1130。基壳1110的主体为U型结构，当直线驱动机构1200设置在机械手基座1100内时，基壳1110能够覆盖直线驱动机构1200上、左、下三侧的表面。背板1120设置在基壳1110的背部，侧板1130设置在基壳1110开口一侧的侧面，基壳1110的正面设置有开口，用于供直线驱动机构1200的输出端伸出。

在本实施例中，直线驱动机构1200用于提供夹持组件中各夹持块沿直线移动的动力。作为一种优选的直线驱动机构1200，直线驱动机构1200包括电缸，电缸的主要结构包括驱动电机、传动机构、直线导轨和滑块组件。其中，驱动电机优选为伺服电机或步进电机，由于采用伺服电机或步进电机作为电缸的驱动电机，能够精确控制驱动电机的输出量，例如电机输出轴的转动角度，进而精确控制滑块的位移。其中，传动机构优选为丝杠或者齿带，它们的输入端与驱动电机输出轴上的齿轮啮合，它们的输出端输出直线运动。滑块组件中的滑块与传动机构的输出端连接，因而能够沿直线移动。滑块组件中的滑块设置在直线导轨上，使得滑块在直线导轨的限制下只能沿直线方向移动。

在本实施例中，夹持组件中各夹持块的形状相匹配，用于夹持块之间相互合拢时夹持块之间能够形成夹持待夹持件的夹持空间。

作为一种优选的夹持组件和滑块组件，夹持组件包括第一夹持块1410和第二夹持块1420，滑块组件包括第一滑块1310和第二滑块1320。其中，第一夹持块1410固定在第一滑块1310上，第二夹持块1420固定在第二滑块1320上，第一夹持块1410和第二夹持块1420的形状相匹配，用于第一夹持块1410和第二夹持块1420相互合拢时二者之间能够形成夹持空间。

优选地，第一夹持块1410上一体的设置有第一固定块1610，第一固定块1610与第一滑块1310之间由螺栓等紧固件固定连接。第二夹持块1420上一体的设置有第二固定块1620，第二固定块1620与第二滑块1320之间由螺栓等紧固件固定连接。

进一步优选，夹持空间的数量为多个，多个夹持空间沿从夹持组件远离滑块组件的一端向接近滑块组件的一端分别设置。

进一步优选，相邻的夹持空间之间相互连通。

进一步优选，夹持空间包括第一夹持空间1510、第二夹持空间1520和第三夹持空间1530。

其中，第一夹持空间1510由第一夹持块1410和第二夹持块1420的远离滑块组件的一端形成，在第一夹持空间1510内，第一夹持块1410和第二夹持块1420与待夹持件的配合面为一对相互平行的平面。

进一步优选，第一夹持块1410和第二夹持块1420远离滑块组件的一端均具有一个凸起，第一夹持空间1510由凸起之间相对的平面形成。通过在第一夹持块1410和第二夹持块1420远离滑块组件的一端设置凸起，不仅能起到形成第一夹持空间1510的作用，还能够利用凸起模拟人的手指执行按压、拨动、扭动等动作。

其中，第三夹持空间1530由第一夹持块1410和第二夹持块1420的接近滑块组件的一端形成，在第三夹持空间1530内，第一夹持块1410和第二夹持块1420与待夹持件的配合面为一对相互平行的平面。

进一步优选，在第三夹持空间1530内，第一夹持块1410和第二夹持块1420与待夹持件的配合面之间的间距大于第一夹持空间1510内第一夹持块1410和第二夹持块1420与待夹持件的配合面之间的间距。由此，可以利用第一夹持块1410和第二夹持块1420的根部夹持需要较大的夹持力的待夹持件。

需要说明的是，在本实施例中，在第一夹持空间1510内和第三夹持空间1530内，第一夹持块1410和第二夹持块1420与待夹持件的配合面之间的间距是指，第一夹持块1410与待夹持件的接触面到第二夹持块1420与待夹持件的接触面的距离。

其中，第二夹持空间1520位于第一夹持空间1510和第三夹持空间1530之间且分别连通第一夹持空间1510和第三夹持空间1530，在第二夹持空间1520内，第一夹持块1410和第二夹持块1420与待夹持件的配合面包括一对间距沿从第一夹持空间1510到第三夹持空间1530方向逐渐增大的斜面、一对相互平行的平面和一对弧面。

需要说明的是，在本实施例中，在第二夹持空间1520内，第一夹持块1410上的斜面与第二夹持块1420上的斜面、相互平行的平面、弧面都是成对设置，当第一夹持块1410上的斜面与待夹持件接触时，第二夹持件上的斜面也与待夹持件接触，相互平行的平面、弧面也是采用同样的配对原理，本实施例中不再进一步叙述。

在本实施例中，由于第二夹持空间1520第一夹持块1410和第二夹持块1420与待夹持件的配合面既包括一对间距沿从第一夹持空间1510到第三夹持空间1530方向逐渐增大的斜面，又包括一对相互平行的平面和一对弧面，因而第二夹持空间1520能够用于夹持具有多种外形的待夹持件，圆形或者方形的，规则的或不规则的。与现有技术中设置多套夹具或者将第一机械手1000设计成仿手指形状相比，极大的简化了结构，且易于定位，控制程序简单，使用寿命长。

进一步优选，第一夹持块1410和第二夹持块1420上都设置有贯通槽1800，贯通槽1800贯穿第一夹持块1410和第二夹持块1420，能够用于穿设缆线、柱类的物体。

进一步优选，第一夹持块1410和第二夹持块1420的外表面都设置有立柱1900，立柱1900由第一夹持块1410和第二夹持块1420的一侧外表面垂直伸出，能够用于执行定位、悬挂、按压等动作。

进一步优选，第一夹持块1410和第二夹持块1420的主体为平板结构，第一夹持块1410和第二夹持块1420上各设置有两个以上的立柱1900。当第一夹持块1410和第二夹持块1420合拢时，各立柱1900围成方形、圆形等形状，由此，可以利用第一夹持块1410和第二夹持块1420的板面模仿人的手掌承载托盘、桶装物，而立柱1900则位于被承载物的外围进行限位。

优选地，第一机械手1000还包括前端相机1700，用于采集夹持组件前方的图像。其中，前端相机1700位于机械手基座1100内，前端相机1700的镜头伸出机械手基座1100。进一步优选，前端相机1700的镜头从直线导轨的上方伸出，且镜头的朝向与第一夹持块1410、第二夹持块1420的朝向相同。由于第一机械手1000上设置有能够采集夹持组件前方的图像。当第一机械手1000被安装在机器人的手臂单体上时，前端相机1700采集第一机械手1000前方的精确图像供机器人对第一机械手1000进行精确定位。

优选地，前端相机1700的数量为多个，用于获取夹持组件前方空间的立体图像。通过采用多个前端相机1700，能够像人眼一样进行双目甚至多目摄像，获得立体图像，便于机器人在三维空间内准确操控第一机械手1000。

本实施例至少具有以下有益效果：

由于将移液枪的操作过程全程用机器人100替代，当使用机器人100操控移液枪进行医院或化学中心的实验室内的试剂定量抽取、注入作业时，能够显著提高效率、稳定性、准确性，并可长时间持续工作。

本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施场景的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。

本领域技术人员可以理解实施场景中的装置中的模块可以按照实施场景描述进行分布于实施场景的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施场景的一个或多个装置中。上述实施场景的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。

上述本发明序号仅仅为了描述，不代表实施场景的优劣。

以上公开的仅为本发明的几个具体实施场景，但是，本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种使用机器人进行PCR反应的方法，其特征在于，包括：

定位PCR仪、移液枪和存储PCR反应所需各种试剂的容器的位置；

按照预设的加样顺序，驱动第一机械手和/或第二机械手，操控移液枪往反应容器中顺次添加预设体积的试剂，制成PCR反应体系；

再次驱动所述第一机械手和/或所述第二机械手，将所述反应容器置于所述PCR仪内，操控所述PCR仪，使所述PCR仪按照预设的反应程序执行PCR反应。

2.根据权利要求1所述的使用机器人进行PCR反应的方法，其特征在于，“定位PCR仪、移液枪和PCR反应所需各种试剂的容器的位置”的方法包括，预先建立实验室内的三维数字地图，并在所述三维数字地图中标记所述第一机械手、所述第二机械手、所述移液枪、存储PCR反应所需各种试剂的容器的初始位置。

3.根据权利要求2所述的使用机器人进行PCR反应的方法，其特征在于，“预先建立实验室内的三维数字地图”的方法包括，在所述机器人的头部设置能够采集立体数字图像的后端相机，所述后端相机被配置为能够万向转动，所述机器人内的控制模块建立三维空间坐标系，在所述三维空间坐标系内导入所述后端相机获取的实验室内的立体图像，为实验室内的任一一点标记三维空间坐标，形成实验室内的所述三维数字地图。

4.根据权利要求1所述的使用机器人进行PCR反应的方法，其特征在于，每25ul所述PCR反应体系中，所述预设的加样顺序及所述预设体积包括：

S211：加入10倍浓度PCR缓冲液2.0-3.0ul；

S212：加入2.5mmol/L氯化镁溶液2.0-3.0ul；

S213：加入2.5mmol/L dNTP混合液2.0-3.0ul；

S214：加入2.5umol/L上游引物2.0-3.0ul；

S215：加入2.5umol/L下游引物2.0-3.0ul；

S216：加入25～50ng细菌DNA2.0-3.0ul；

S217：加入TsgDNA聚合酶2.0-3.0ul；

S218：加入超纯水8-12ul。

5.根据权利要求1所述的使用机器人进行PCR反应的方法，其特征在于，“驱动第一机械手和/或第二机械手，操控移液枪往反应容器中顺次添加预设体积的试剂”的方法包括：

S221：采集存储有需要添加的试剂的试剂容器的图像，根据所述图像判断所述试剂容器的盖子是否打开，若呈打开状态，则所述第一机械手和所述第二机械手相互配合，取出所述移液枪，设置所述移液枪的容积，给所述移液枪套上吸头，按压或拉动所述移液枪上的按钮排出空气后，将所述吸头伸入所述试剂容器内吸取试剂，继续移动所述移液枪至所述反应容器的上方，松开所述按钮，使所述移液枪内的液体排出到所述反应容器内；

S222：若所述试剂容器的盖子呈关闭状态，则所述第一机械手和所述第二机械手先相互配合执行开盖操作，然后再执行S211；

S223：按照预设的加样顺序，重复S211和S222，直至完成所需的所有试剂的添加，所述第一机械手和所述第二机械手相互配合执行对所述反应容器的关盖操作。

6.根据权利要求1所述的使用机器人进行PCR反应的方法，其特征在于，“再次驱动所述第一机械手和/或所述第二机械手，将所述反应容器置于所述PCR仪内”的方法包括：

S311：采集所述PCR仪的图像，根据所述图像判断所述PCR仪的盖子是否打开，若呈打开状态，则驱动所述第一机械手和/或所述第二机械手，将所述反应容器置于所述PCR仪内；

S312：若所述PCR仪的盖子呈关闭状态，则驱动所述第一机械手和/或所述第二机械手，先打开所述盖子，然后再执行S311；

S313：待所述反应容器被置于所述PCR仪内后，则驱动所述第一机械手和/或所述第二机械手，关闭所述盖子。

7.根据权利要求1所述的使用机器人进行PCR反应的方法，其特征在于，“驱动所述第一机械手和/或所述第二机械手，使所述PCR仪按照预设的反应程序执行PCR反应”的方法包括：

S321：采集所述PCR仪的外部图像，使所述机器人识别所述PCR仪上的按键或触摸面板；

S322：按照所述预设的反应程序，驱动所述第一机械手和/或所述第二机械手按压或触碰所述PCR仪上相应的按键或触摸面板，使所述PCR仪执行所述预设的反应程序。

8.根据权利要求1所述的使用机器人进行PCR反应的方法，其特征在于，所述预设的反应程序包括：

94摄氏度预变性250-350s；

94摄氏度变性35-45s；

40摄氏度退火35-45s；

72摄氏度延伸55-65s。

9.一种使用机器人进行PCR反应的系统，其特征在于，包括机器人、PCR仪、移液枪和存储PCR反应所需各种试剂的容器，所述机器人具有控制模块，所述控制模块被配置为按照权利要求1-8中任一项所述的方法，控制所述机器人进行PCR反应操作。

10.一种实验室，其特征在于，具有权利要求9所述的使用机器人进行PCR反应的系统。