CN108333112A - 模块化智能实验室系统及生化试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了模块化智能实验室系统及生化试验方法，该系统包括多个顺次抵靠或者拼接在一起的智能实验室模组，所述智能实验室模组内设置有机器人组件和供所述机器人组件操作的仪器；相邻的所述智能实验室模组之间分别设置有相适配的传递窗，用于使相邻的所述智能实验室模组内的所述机器人组件能够从所述传递窗之间交换所述仪器。本发明提供的模块化智能实验室系统及生化试验方法既克服了单个机器人功能单一无法完全替代医生的缺陷，又克服了综合性的智能实验室体积大、结构复杂、成本高、难以实现产业化应用的缺陷。

Description

模块化智能实验室系统及生化试验方法

技术领域

本发明涉及智能设备领域，尤其涉及模块化智能实验室系统及生化试验方法。

背景技术

在医院和化学工程中心，实验室是一项重要的设施，就医院而言，在实验室内，医生进行遗传物质和血清等物质的分离提取、细胞及其它微生物的培养、医学检测、医学实验等多种操作，这些操作技术含量高，要求每一项操作都极其精确，在操作中不能出现任何失误。而且，由于医疗资源紧张，医院的实验室内通常是满负荷工作，加重了医生的工作负担，容易疲劳及出错。

机器人(Robot)是自动执行工作的机器装置。它既可以接受人类指挥，又可以运行预先编排的程序，也可以根据以人工智能技术制定的原则纲领行动。它的任务是协助或取代人类工作的工作，例如生产业、建筑业，或是危险的工作。随着机器人技术的持续发展进步，机器人已经逐渐开始在各行各业开始代替人类进行工作，医院的实验室也开始引入机器人进行操作。但是现有的医院内的机器人多少为了执行一项或若干项操作而设计的，只能代替医生进行部分操作，无法完全代替医生，而综合性的智能实验室体积大、结构复杂、成本高，难以实现产业化应用。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了模块化智能实验室系统及生化试验方法，其能够根据需要将能够实现多种功能的智能实验室模组抵靠或者拼接在一起，并组成一套智能实验室系统，当需要实验室执行较少的功能时，可以减少智能实验室模组的数量，当需要实验室执行较多的功能时，整个系统具有很强的柔性，既克服了单个机器人功能单一无法完全替代医生的缺陷，又克服了综合性的智能实验室体积大、结构复杂、成本高、难以实现产业化应用的缺陷。

具体地，其技术方案如下：

一种模块化智能实验室系统，包括多个顺次抵靠或者拼接在一起的智能实验室模组，所述智能实验室模组内设置有机器人组件和供所述机器人组件操作的仪器；

相邻的所述智能实验室模组之间分别设置有相适配的传递窗，用于使相邻的所述智能实验室模组内的所述机器人组件能够从所述传递窗之间交换所述仪器。

在一些优选的实施方式中，所述智能实验室模组包括外壳组件和工作台，所述工作台和所述机器人组件设置在所述外壳组件内，所述仪器设置在所述工作台上。

在一些优选的实施方式中，所述机器人组件包括第一手臂组件和第二手臂组件，所述外壳组件内在所述工作台的上方设置有可移动平台组件，所述第一手臂组件的尾端和所述第二手臂组件的尾端分别吊装在所述可移动平台组件的下方，所述第一手臂组件的前端和所述第二手臂组件的前端分别设置有一个机械手。

在一些优选的实施方式中，所述仪器包括移液枪、试管、试管架、离心装置、恒温器、冰箱、振荡器、分光光度计、PCR仪和培养箱中的一种或多种。

在一些优选的实施方式中，所述可移动平台组件包括横架、滑块和手臂安装架，所述横架固定在所述外壳组件内，所述滑块可滑动地被保持在所述横架的下方，所述滑块的下方固定连接所述手臂安装架；

所述第一手臂组件的尾端和所述第二手臂组件的尾端吊装在所述手臂安装架的下方。

在一些优选的实施方式中，所述第一手臂组件和所述第二手臂组件均由多个手臂单体顺次转动连接而成，在所述第一手臂组件和所述第二手臂组件中，均有三个以上的手臂单体的转动轴线互不平行。

在一些优选的实施方式中，所述第一手臂组件和所述第二手臂组件均由八个手臂单体顺次转动连接而成，尾端的手臂单体吊装在所述可移动平台组件的下方，尾端的手臂单体的转动轴线沿竖直方向，首端的手臂单体固定连接所述机械手。

在一些优选的实施方式中，所述机械手包括机械手基座、前端相机、第一直线驱动机构和夹持组件，所述机械手基座设置在所述第一手臂组件或者所述第二手臂组件的前端，所述前端相机设置在所述机械手基座上，所述第一直线驱动机构设置在所述机械手基座内，所述第一直线驱动机构的输出端设置有用于安装并驱动所述夹持组件中各夹持块沿直线移动的滑块组件；

所述夹持组件中各夹持块的形状相匹配，用于所述夹持块之间相互合拢时所述夹持块之间能够形成夹持待夹持件的夹持空间。

一种生化实验方法，包括：

将多个前述任一技术方案所述的智能实验室模组顺次抵靠或者拼接在一起，从位于首端的所述智能实验室模组的所述传递窗放入初始液体，在各所述智能实验室模组内利用所述机器人组件按照预先设定的添加顺序和添加剂量往初始液体内添加液体进行配液，以及利用所述机器人组件操作仪器执行对液体的预设操作类型；

待其中一个所述智能实验室模组内的所有操作执行完毕，控制所述智能实验室模组内的所述机器人组件将盛有液体的仪器从所述传递窗传递给下一个所述智能实验室模组内的所述机器人组件。

在一些优选的实施方式中，“在各所述智能实验室模组内利用所述机器人组件按照预先设定的添加顺序和添加剂量往初始液体内添加液体进行配液”的具体方法包括：

预先设定或者实时检测每个所述智能实验室模组内的仪器种类和数量，以及每个所述智能实验室模组内存放的药剂的种类和剂量；

根据配液程序中需要添加的药剂、需要执行的操作的仪器所在的所述智能实验室模组，确定每一所述智能实验室模组内需要添加的液体种类、添加顺序、添加剂量以及具体的操作类型，按照预设的顺序进行配液及执行预设操作类型。

本发明至少具有以下有益效果：

根据本发明提供了模块化智能实验室系统及生化试验方法，其能够根据需要将能够实现多种功能的智能实验室模组抵靠或者拼接在一起，并组成一套智能实验室系统，当需要实验室执行较少的功能时，可以减少智能实验室模组的数量，当需要实验室执行较多的功能时，整个系统具有很强的柔性，既克服了单个机器人功能单一无法完全替代医生的缺陷，又克服了综合性的智能实验室体积大、结构复杂、成本高、难以实现产业化应用的缺陷。

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是本发明实施例中模块化智能实验室系统的第一斜视图；

图2是本发明实施例中模块化智能实验室系统的第二斜视图；

图3是本发明实施例中智能实验室模组的整体斜视图；

图4是本发明实施例中智能实验室模组去除外壳组件的面板后的第一斜视图；

图5是本发明实施例中智能实验室模组去除外壳组件的面板后的第二斜视图；

图6是本发明实施例中可移动平台组件的第一爆炸图；

图7是本发明实施例中可移动平台组件的第二爆炸图；

图8是本发明实施例中第一手臂组件的斜视图；

图9是本发明实施例中第一种第一机械手的斜视图；

图10是本发明实施例中第一种第一机械手的爆炸图；

图11是本发明实施例中第二种第一机械手的斜视图；

图12是本发明实施例中第二种第一机械手的爆炸图；

图13是本发明实施例中定位夹紧装置的第一斜视图；

图14是本发明实施例中定位夹紧装置的第二斜视图；

图15是本发明实施例中定位夹紧装置的的第一爆炸图；

图16是本发明实施例中定位夹紧装置的的第二爆炸图；

图17是本发明实施例中定位夹紧装置隐藏基座盖板后的第一斜视图；

图18是本发明实施例中生化实验方法的流程图。

主要元件符号说明：

1-模块化智能实验室系统；10-智能实验室模组；1000-机械手；1001-条形光源；1100-基座；1110-基壳；1120-背板；1130-侧板；1140-底板；1200-第一直线驱动机构；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；4100-第一手臂组件；4110-第一手臂单体；4120-第二手臂单体；4130-第三手臂单体；4140-第四手臂单体；4150-第五手臂单体；4160-第六手臂单体；4170-第七手臂单体；4180-第八手臂单体；4200-第二手臂组件；200-外壳组件；210-面板；211-窗口；220-框架；230-脚座；240-透明板；250-隔板；300-移液枪架；400-工作台；500-离心装置；600-试管架；700-定位夹紧装置；7001-角块；7002-连接片；7100-定位基座；7110-基座盖板；7120-基座本体；7130-底板；7200-第二直线驱动机构；7300-推动轴；7410-第一压板；7420-第二压板；7430-第三压板；7440-第四压板；7450-第五压板；7510-第一连杆；7520-第二连杆；7530-第三连杆；7540-第四连杆；7550-第五连杆；7560-第六连杆；7610-第一压板安装座；7620-第二压板安装座；7630-第三压板安装座；7640-第四压板安装座；7710-第一定位导向组件；7711-固定片；7712-轴套；7713-连杆导向轴；7720-第二定位导向组件；800-脱枪架；900-可移动平台组件；910-横架；920-滑块；930-手臂安装架；940-导向杆。

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。

实施例

本实施例提供了一种模块化智能实验室系统1，如图1、图2所示，包括多个顺次抵靠或者拼接在一起的智能实验室模组10。

进一步地，请同时参阅图3-图5，该智能实验室模组10包括外壳组件200、工作台400和机器人组件，工作台400和机器人组件设置在外壳组件200内，工作台400上设置有供机器人组件操作的仪器。相邻的智能实验室模组10的外壳组件200之间的抵靠面或者拼接面分别设置有相适配的传递窗211，用于使相邻的智能实验室模组10内的机器人组件之间能够从传递窗211交换仪器。

其能够根据需要将能够实现多种功能的智能实验室模组10抵靠或者拼接在一起，并组成一套智能实验室系统1，当需要实验室执行较少的功能时，可以减少智能实验室模组10的数量，当需要实验室执行较多的功能时，整个系统具有很强的柔性，既克服了单个机器人功能单一无法完全替代医生的缺陷，又克服了综合性的智能实验室体积大、结构复杂、成本高、难以实现产业化应用的缺陷。

其中，机器人组件包括第一手臂组件4100和第二手臂组件4200，外壳组件200内在工作台400的上方设置有可移动平台组件900，第一手臂组件4100的尾端和第二手臂组件4200的尾端分别吊装在可移动平台组件900的下方，第一手臂组件4100的前端和第二手臂组件4200的前端分别设置有一个机械手1000。

优选地，仪器包括移液枪、试管、试管架600、离心装置500、恒温器、冰箱、振荡器、分光光度计、PCR仪和培养箱中的一种或多种。其中，移液枪置于移液枪架上，试管置于试管架600上。

在本实施例中，外壳组件200用于形成封闭的实验室环境以及安装工作台400、机器人组件和其它附件。作为一种优选的外壳组件200，其由框架220、面板210、脚座230和隔板250组成。其中，框架220作为智能实验室模组10的承重机构，优选由多根实心或空心的立柱、横柱搭接形成方形框。多块面板210通过螺栓紧固或者焊接等方式设置在框架220上，且各面板210与框架220一起围成至少一个封闭空间，用于在封闭空间内安装工作台400、机器人组件和其它附件。优选地，至少一部分面板210上设置有开口，开口内设置有透明板240，使得用户能够从外部观察。优选地，至少一部分面板与框架220活动连接。

其中，脚座230的数量为多个，设置在框架220的底部，且接触地基或者其它基座。优选地，脚座230组件包括并行设置的轮组和能够调节与地面间距离的支撑组件。

其中，隔板250位于框架220的内部，用于将智能实验室模组10的内部分割成若干层区域，使得智能实验室模组10所需要机械、电气附件(例如电源、继电器、气源等)与工作台400不在同一个区域内，能够防止干涉、易于维护。

优选地，如图6和图7所示，可移动平台组件900包括横架910、滑块920和手臂安装架930。其中，横架910固定在外壳组件200内，具体地，外壳组件200内在工作台400的上方具有隔板250，横架910固定在隔板250的下表面。其中，滑块920可滑动地被保持在横架910的下方，具体地，横架910的下方设置有轨道或者限位件，使得滑块920在竖直方向的移动被限制，只能在水平方向移动。滑块920下方固定连接手臂安装架930，优选地，手臂安装架930为板状结构，其固定在滑块920的下表面。在本实施例中，滑块920的移动可由直线电机、电缸、液压缸等驱动机构实现。

优选地，至少一部分面板210的表面设置有窗口211，可通过窗口211往智能实验室模组10内送入物品或者从中取出物品。进一步优选，窗口211配置有可打开及关闭窗口211的门板。

本实施例中，第一手臂组件4100的尾端和第二手臂组件4200的尾端吊装在手臂安装架930的下方。

优选地，横架910上设置有导向杆940，滑块920可滑动地套设在导向杆940上。由于设置有导向杆940，滑块920只能沿固定方向移动，提高了智能实验室模组10内机器人组件的运动控制精度。

优选地，第一手臂组件4100由多个手臂单体顺次转动连接而成，其中，有三个以上的手臂单体的转动轴线互不平行。

优选地，第二手臂组件4200由多个手臂单体顺次转动连接而成，其中，有三个以上的手臂单体的转动轴线互不平行。

优选地，第一手臂组件4100由八个手臂单体顺次转动连接而成，尾端的手臂吊装在可移动平台组件900的下方，尾端的手臂的转动轴线沿竖直方向，首端的手臂固定连接机械手1000。

优选地，第二手臂组件4200由八个手臂单体顺次转动连接而成，尾端的手臂吊装在可移动平台组件900的下方，尾端的手臂的转动轴线沿竖直方向，首端的手臂固定连接机械手1000。

优选地，在本实施例中，第一手臂组件4100和第二手臂组件4200的结构相同，即位于相同层级的手臂单体具有相同的形状、尺寸，以及相同的与相邻层级手臂单体的连接关系。

当第一手臂组件4100和第二手臂组件4200由八个手臂单体顺次转动连接而成时，以第一手臂组件4100为例，如图8所示，其包括顺次转动连接的第一手臂单体4110、第二手臂单体4120、第三手臂单体4130、第四手臂单体4140、第五手臂单体4150、第六手臂单体4160、第七手臂单体4170和第八手臂单体4180，上述手臂单体为空心柱结构，其内部设置有缆线、传感器等器件，其端部设置有转动驱动装置，例如电机。其中，第一手臂单体4110位于尾端，其吊装在手臂安装架930的下表面，其延伸方向为竖直向下，其转动轴线也竖直向下。第二手臂单体4120与第一手臂单体4110转动连接，第二手臂单体4120的转动轴线沿水平方向延伸，具体地，第二手臂单体4120与第一手臂单体4110之间的连接部位设置有一个驱动转动装置，例如电机，电机的动子和定子分别设置在第二手臂单体4120与第一手臂单体4110内，由此当电机启动时，其输出转轴便带动第二手臂单体4120与第一手臂单体4110中间的一个绕另一个转动。

基于类似原理，第二手臂单体4120、第三手臂单体4130、第四手臂单体4140、第五手臂单体4150、第六手臂单体4160、第七手臂单体4170和第八手臂单体4180顺次转动连接。而且第一手臂单体4110、第二手臂单体4120、第三手臂单体4130、第四手臂单体4140、第五手臂单体4150、第六手臂单体4160、第七手臂单体4170和第八手臂单体4180中，有三个以上的手臂单体的转动轴线互不平行，并进一步被配置为沿多个方向，使得第一手臂组件4100在三维空间内具有多个自由度。

第八手臂单体4180位于第一手臂组件4100的前端，且第八手臂单体4180的自由端设置有机械手1000。可选地，第八手臂单体4180与机械手1000之间设置有转动驱动装置，使得第八手臂单体4180与机械手1000之间能够相对转动。

优选地，本实施例中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之间的转动角度，实现机械手1000的精确定位操作。

优选地，本实施例中，至少一部分手臂单体中设置有陀螺仪，用于精确测量手臂单体的转动角度，便于精确控制机器人组件的运动姿态。

如图9、图10所示，本实施例提供了第一种优选的机械手1000，机械手1000包括机械手定位基座1100、第一直线驱动机构1200和夹持组件，第一直线驱动机构1200设置在机械手定位基座1100内，第一直线驱动机构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定位基座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，

当第一直线驱动机构1200设置在机械手定位基座1100内时，基壳1110能够覆盖第一直线驱动机构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，用于供第一直线驱动机构1200的输出端伸出。

在本实施例中，第一直线驱动机构1200用于提供夹持组件中各夹持块沿直线移动的动力。作为一种优选的第一直线驱动机构1200，第一直线驱动机构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，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位于机械手定位基座1100内，前端相机1700的镜头伸出机械手定位基座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。由于机械手1000上设置有能够采集夹持组件前方的图像。当机械手1000被安装在机器人的手臂上时，前端相机1700采集机械手1000前方的精确图像供机器人对机械手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机械手1000。

如图11、图12所示，本实施例还提供了第二种机械手1000，与第一种机械手1000相比，第二种机械手1000的主要区别在于：前端相机1700的数量为一个，其设置在直线导轨的上方。而且，前端相机1700的下方设置有条形光源1001。

在本实施例中，机械手定位基座1100包括基壳1110、背板1120和底板1140。基壳1110的主体为U型结构，当第一直线驱动机构1200设置在机械手定位基座1100内时，基壳1110能够覆盖第一直线驱动机构1200上、左、右三侧的表面。

本实施例中第二种机械手1000的其它特征与第一种机械手1000中相同，不再进一步叙述。

在本实施例中，第二机械手2000的具体结构可以与机械手1000相同，也可以与机械手1000不同，也可以从本实施例中提供的第一种机械手1000和第二种机械手1000中选择一个作为第二机械手2000。

优选地，工作台400上设置有用于夹紧试管架的定位夹紧装置700。

作为一种优选的定位夹紧装置700，如图13-图17所示，包括定位基座7100、第二直线驱动机构7200、推动轴7300、连杆机构和压板组件。其中，作为一种优选的定位基座7100，定位基座7100包括定位基座本体7120、基座盖板7110和基座底板7130。定位基座本体7120优选为环状结构，进一步优选为方形环，基座底板7130设置在定位基座本体7120的下表面，基座盖板7110设置在定位基座本体7120的上表面。

在本实施例中，第二直线驱动机构7200和推动轴7300设置在定位基座7100上。优选地，基座底板7130的下表面固定有若干个角块7001，第二直线驱动机构7200通过螺栓等紧固件固定在角块7001上。优选地，环状结构的定位基座本体7120被设置为具有足够的厚度，优选大于推动轴7300的直径，定位基座本体7120上设置有用于安置推动轴7300的轴孔，使得推动轴7300能够在轴孔中往复移动，且推动轴7300的上下表面均不露出定位基座本体7120。

在本实施例中，压板组件中的压板分布在待夹紧件的多个侧面，由此，可以分布在待夹紧件多个侧面的压板能夹紧待夹紧件的多个侧面，取得更佳的夹紧效果。

在本实施例中，第二直线驱动机构7200被配置为能够带动推动轴7300往复移动。作为二者之间一种优选的传动方式，推动轴7300的一端伸出定位基座本体7120，伸缩机构的动子与推动轴7300的伸出定位基座本体7120一端同侧，且也伸出定位基座本体7120，推动轴7300的伸出定位基座本体7120一端与伸缩机构的动子之间固定连接有连接片7002，由此，当第二直线驱动机构7200的动子往复移动时，推动轴7300也会随之往复移动。

在本实施例中，连杆机构的数量为一个或多个，各连杆机构被配置为传动连接压板组件中的一个或多个压板，使得推动轴7300移动时连杆机构带动对应的压板同时夹紧及松开待夹紧件。

作为优选的连杆机构和连杆机构与压板之间优选的传动连接方式，连杆机构包括第一连杆7510机构，第一连杆7510机构包括第一连杆7510、第二连杆7520和第三连杆7530。其中，第一连杆7510中部套设且固定在推动轴7300上，第一连杆7510的两端分别铰接第二连杆7520和第三连杆7530，即第二连杆7520和第三连杆7530分布在推动轴7300的两侧。第二连杆7520的头部铰接有第一压板安装座7610，第三连杆7530的头部铰接有第二压板安装座7620。

本实施例中，压板组件包括第一压板7410和第二压板7420，第一压板7410和第二压板7420分布在待夹紧件的相对的两侧，第一压板7410固定在第一压板安装座7610上，第二压板7420固定在第二压板安装座7620上。

当推动轴7300在定位基座本体7120的轴孔内移动时，由于第一连杆7510机构中各连杆之间的动力传递，便能带动第一压板7410和第二压板7420移动，进而夹紧及松开待夹紧件。

优选地，定位夹紧装置700还包括第一定位导向组件7710，第一定位导向组件7710设置在定位基座7100上，用于给第一压板7410导向。作为一种优选的第一定位导向组件7710，其包括连杆导向轴7713、轴套7712和固定片7711。其中，连杆导向轴7713的数量优选为两个或更多，第一压板安装座7610上设置有与连杆导向轴7713一一对应的轴孔，连杆导向轴7713穿设并固定在对应的轴孔内。轴套7712的内部穿设连杆导向轴7713，轴套7712的外部包括两部分，一部分安装在定位基座本体7120上相应的安装孔内，另一部分为片状结构且伸出定位基座本体7120，轴套7712伸出定位基座本体7120的一部分通过螺栓等紧固件安装在定位基座本体7120上，用于固定轴套7712。固定片7711上设置有与连杆导向轴7713对应的通孔，连杆导向轴7713的端部设置有螺纹孔，用于使螺栓等紧固件能够从通孔穿过固定片7711并螺纹锁合到连杆导向轴7713内，由此能够将固定片7711固定到各个连杆导向轴7713的端部，使各个连杆导向轴7713同步移动或者同步固定。

优选地，定位夹紧装置700还包括第二定位导向组件7720，第二定位导向组件7720设置在定位基座7100上，用于给第二压板7420导向。优选地，第二定位导向组件7720具有与第一定位导向组件7710相同的结构，即也包括连杆导向轴7713、轴套7712和固定片7711，这些结构之间的连接关系与第一定位导向组件7710相同，本实施例中不再进一步叙述。

优选地，第一定位导向组件7710和第二定位导向组件7720中连杆导向轴7713的移动方向垂直于推动轴7300。

优选地，连杆机构包括第二连杆7520机构，第二连杆7520机构包括第四连杆7540和第五连杆7550，第四连杆7540套设且固定在推动轴7300上，第四连杆7540的一端连接第五连杆7550，第五连杆7550的头部固定连接有第三压板安装座7630。

压板组件包括第三压板7430，第三压板7430固定在第三压板安装座7630上，且第三压板7430被配置为与推动轴7300的移动方向同向。

优选地，第二连杆7520机构还包括第六连杆7560，第四连杆7540的中部套设且固定在推动轴7300上，第六连杆7560连接第四连杆7540的另一端，第六连杆7560的头部固定连接有第四压板安装座7640。

压板组件包括第四压板7440，第四压板7440与第三压板7430位于待夹紧件的同一侧，第四压板7440固定在第四压板安装座7640上。

优选地，第五连杆7550与第四连杆7540铰接；

和/或，第六连杆7560与第四连杆7540铰接。

优选地，压板组件包括第五压板7450，第五压板7450分布在待夹紧件的与第三压板7430、第四压板7440相对的一侧，第五压板7450固定在定位基座7100上。

优选地，第五连杆7550与定位基座7100之间以及第六连杆7560与定位基座7100之间设置有轴套7712。

优选地，第二直线驱动机构7200包括气缸，气缸的伸缩杆通过连接片7002固定连接推动轴7300。

优选地，横架910上设置有后端相机(图中未示出)。由于设置有后端相机，后端相机能够采集周围的图像，并利用机器人自身携带的图像识别模块定位目标和机械手1000。优选地，后端相机为立体相机。

优选地，工作台400上设置有脱枪架800，脱枪架800包括一竖立在工作台上的立柱和设置在立柱的顶部并与立柱垂直的横柱。

与现有技术相比，本实施例采用双手臂组件的机器人操作实验室内的仪器，该双手臂组件的机器人的机械手能够像人一样两手协同，灵活协作，使得人在实验室内能够完全被机器人替代。另一方面，由于第一手臂组件的尾端和第二手臂组件的尾端分别吊装在可移动平台组件的下方，与现有智能实验室中立式机器人相比，能够减少躯干、立柱等部件，且能够节省空间，使得智能实验室能够小型化。

基于本实施例提供的模块化智能实验室系统1，本实施例还提供了一种生化实验方法，如图18所示，包括：

将多个前述任一技术方案的智能实验室模组10顺次抵靠或者拼接在一起，从位于首端的智能实验室模组10的传递窗211放入初始液体，在各智能实验室模组10内利用机器人组件按照预先设定的添加顺序和添加剂量往初始液体内添加液体进行配液，以及利用机器人组件操作仪器执行对液体的预设操作类型；

待其中一个智能实验室模组10内的所有操作执行完毕，控制智能实验室模组10内的机器人组件将盛有液体的仪器从传递窗211传递给下一个智能实验室模组10内的机器人组件。

优选地，“在各智能实验室模组10内利用机器人组件按照预先设定的添加顺序和添加剂量往初始液体内添加液体进行配液”的具体方法包括：

预先设定或者实时检测每个智能实验室模组10内的仪器种类和数量，以及每个智能实验室模组10内存放的药剂的种类和剂量；

根据配液程序中需要添加的药剂、需要执行的操作的仪器所在的智能实验室模组10，确定每一智能实验室模组10内需要添加的液体种类、添加顺序、添加剂量以及具体的操作类型，按照预设的顺序进行配液及执行预设操作类型。

优选地，预设操作类型包括离心、振荡、PCR扩增反应、分光检测、微生物培养中的一种或者多种。

以使用该生化实验方法进行PCR扩增反应为例，预先设定或者实时检测移液枪、试管、试管架、离心装置、恒温器、冰箱、振荡器、分光光度计、PCR仪和培养箱中等仪器的数量以及在每个智能实验室模组10分布。同时，预先设定或者实时检测PCR缓冲液、氯化镁溶液、dNTP混合液、上游引物、下游引物、细菌DNA、TsgDNA聚合酶、超纯水等药剂的数量以及在每个智能实验室模组10分布。根据配液程序中需要添加的药剂、需要执行的操作的仪器所在的智能实验室模组10，确定每一智能实验室模组10内需要添加的液体种类、添加顺序、添加剂量以及具体的操作类型，按照预设的顺序进行配液及执行预设操作类型。

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)

1.一种模块化智能实验室系统，其特征在于，包括多个顺次抵靠或者拼接在一起的智能实验室模组，所述智能实验室模组内设置有机器人组件和供所述机器人组件操作的仪器；

相邻的所述智能实验室模组之间分别设置有相适配的传递窗，用于使相邻的所述智能实验室模组内的所述机器人组件能够从所述传递窗之间交换所述仪器。

2.根据权利要求1所述的模块化智能实验室系统，所述智能实验室模组包括外壳组件和工作台，所述工作台和所述机器人组件设置在所述外壳组件内，所述仪器设置在所述工作台上。

3.根据权利要求2所述的模块化智能实验室系统，其特征在于，所述机器人组件包括第一手臂组件和第二手臂组件，所述外壳组件内在所述工作台的上方设置有可移动平台组件，所述第一手臂组件的尾端和所述第二手臂组件的尾端分别吊装在所述可移动平台组件的下方，所述第一手臂组件的前端和所述第二手臂组件的前端分别设置有一个机械手。

4.根据权利要求1所述的模块化智能实验室系统，其特征在于，所述仪器包括移液枪、试管、试管架、离心装置、恒温器、冰箱、振荡器、分光光度计、PCR仪和培养箱中的一种或多种。

5.根据权利要求3所述的模块化智能实验室系统，其特征在于，所述可移动平台组件包括横架、滑块和手臂安装架，所述横架固定在所述外壳组件内，所述滑块可滑动地被保持在所述横架的下方，所述滑块的下方固定连接所述手臂安装架；

所述第一手臂组件的尾端和所述第二手臂组件的尾端吊装在所述手臂安装架的下方。

6.根据权利要求3所述的模块化智能实验室系统，其特征在于，所述第一手臂组件和所述第二手臂组件均由多个手臂单体顺次转动连接而成，在所述第一手臂组件和所述第二手臂组件中，均有三个以上的手臂单体的转动轴线互不平行。

7.根据权利要求6所述的模块化智能实验室系统，其特征在于，所述第一手臂组件和所述第二手臂组件均由八个手臂单体顺次转动连接而成，尾端的手臂单体吊装在所述可移动平台组件的下方，尾端的手臂单体的转动轴线沿竖直方向，首端的手臂单体固定连接所述机械手。

8.根据权利要求3所述的模块化智能实验室系统，其特征在于，所述机械手包括机械手基座、前端相机、第一直线驱动机构和夹持组件，所述机械手基座设置在所述第一手臂组件或者所述第二手臂组件的前端，所述前端相机设置在所述机械手基座上，所述第一直线驱动机构设置在所述机械手基座内，所述第一直线驱动机构的输出端设置有用于安装并驱动所述夹持组件中各夹持块沿直线移动的滑块组件；

所述夹持组件中各夹持块的形状相匹配，用于所述夹持块之间相互合拢时所述夹持块之间能够形成夹持待夹持件的夹持空间。

9.一种生化实验方法，其特征在于，包括：

将多个权利要求1-8中任一项所述的智能实验室模组顺次抵靠或者拼接在一起，从位于首端的所述智能实验室模组的所述传递窗放入初始液体，在各所述智能实验室模组内利用所述机器人组件按照预先设定的添加顺序和添加剂量往初始液体内添加液体进行配液，以及利用所述机器人组件操作仪器执行对液体的预设操作类型；

待其中一个所述智能实验室模组内的所有操作执行完毕，控制所述智能实验室模组内的所述机器人组件将盛有液体的仪器从所述传递窗传递给下一个所述智能实验室模组内的所述机器人组件。

10.根据权利要求9所述的生化实验方法，其特征在于，“在各所述智能实验室模组内利用所述机器人组件按照预先设定的添加顺序和添加剂量往初始液体内添加液体进行配液”的具体方法包括：

预先设定或者实时检测每个所述智能实验室模组内的仪器种类和数量，以及每个所述智能实验室模组内存放的药剂的种类和剂量；

根据配液程序中需要添加的药剂、需要执行的操作的仪器所在的所述智能实验室模组，确定每一所述智能实验室模组内需要添加的液体种类、添加顺序、添加剂量以及具体的操作类型，按照预设的顺序进行配液及执行预设操作类型。