CN109998296A - 实验室智能物料柜 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种适用于实验室的智能物料柜。实验室物料柜是一款适合实验室场景的智能物料管理系统，是实验室存放各种试剂耗材的物理柜体，本发明专利披露的智能物料柜是可以有效满足实验室复杂多样物料分类﹑储存﹑管理﹑取用存放及跟踪的实际需要，能够通过多重验证的方式，确保物料流通及使用过程的安全性，实现物料的全流程监管、库存动态化跟踪及自动化实时盘清；可以让用户在几秒钟时间内就可以完成物料的取放及库存自动更新。通过结合云技术，可以实现物料的平台管理及存放，降低物料浪费和库存，实现物料的精准有效监管和管理，解决试剂物料使用过程中的诸多问题。同时该物料柜具有经济可行﹑稳定可靠及功能多样的特点。

Description

实验室智能物料柜

技术领域

本发明涉及物联网、图形识别及实验室管理领域，是一种适用于实验室及相关应用场景的多功能物料柜，具备样品试剂的管理、监管及存放等多种功能。

背景技术

随着人类社会发展，研究开发作为社会发展的推动力日益彰显，在社会生活中的比重不断上升，世界各国越来越重视研究开发的投入，在经济生活中的重要性及比重也在不断提升。随着科学研究的不断进步及不同研究领域的交叉融合，研究过程中使用的物料种类越来越多，与此同时，随着社会生产力的进步及专业化分工，市场上可以获取的试剂物料种类也越来越多。现代实验室使用的物料种类及数量在最近几十年间飞速增长，就常规的化学、生物、医学及检测实验室而言，各种物料试剂样品种类少则数百，多则上千，大型的合成型化学实验室，物料种类可达数千种。传统的实验室物料管理方法，手工记账簿在面临物料种类几何倍数增长的今天显得苍白无力，另一方面公安部门需要加强对危险化学品的监管和管制，相关物料管理系统的缺乏导致了严重的供需矛盾和社会安全问题。由于公安部门的管制，许多试剂及样品流通困难，造成了研究人员研究困难，同时，实验室内物料管理混乱，试剂物料浪费现象突出，造成了资源浪费环境污染，同时还带来了各种安全隐患，安全事故频发危及人员及财产安全。随着计算机及信息技术的发展，LIMS系统的诞生使得试剂耗材的储存管理得以信息化，一定程度上取代了传统手工记账方式。然而现有的信息化试剂管理系统仍然存在以下诸多问题：1.仍然需要人工操作进行试剂的查找、定位、记账及库存管理；2. 信息化管理系统通常只管理控制试剂信息，难以对试剂物料的物理存在进行管理；3.市面上最先进的实验室物料管理系统中，信息化系统及物料储存系统为分体式设计，成本高，价格贵，使用成本高。同时，由于实验室内人员众多，使用过程中疏忽错漏无法避免，无法根本性的解决实验室试剂管理过程中出现的各种问题；4.需要使用特定的信息终端对试剂物料进行取用及管理，给使用者带来极大的不便。

发明内容

针对实验室使用人员难以方便快速查找化学试剂耗材、及时了解库存量、试剂物料信息的相关报表常常不能及时反馈更新、难以为研究者提供有效依据、大量试剂耗材被闲置浪费等常见通用问题，目前尚无有效系统解决方案；另一方面，海量的试剂物料给监管部门带来了很大的困难，导致了试剂流通不畅，研究者需要的试剂难以及时获取。

本发明的目的在于为相关人员提供智能化自动化的实验室物料分类﹑储存﹑管理﹑监管及跟踪系统，让复杂情况下的物料管理存储变得简单易行，同时为监管部门提供方便快捷及数字化的监管手段。

本发明的实施方式提供了对实验室物料进行分类﹑储存﹑管理﹑监管及跟踪的综合一体化软硬件系统，具有经济可行﹑稳定可靠及功能多样的特点。

进一步的，实验室智能物料柜由柜机，系统软硬件及云平台组成。

进一步的，实验室智能物料柜的柜机为模块化设计，含有一套主机及显示器，由不同规格的抽屉式储物盒组合叠加形成。

进一步的，实验室智能物料柜的柜机由以下部分组成(图1)：主机(1)，摄像头(2)，显示屏(3)，抽屉式储物盒(4)，外壳骨架(5)，指纹或其它身份识别模块(6)，气氛控制模块(7，选配)，通风系统(8)；

进一步的，储物模块为标准化设计的抽屉式储物盒(图2)，具有4-10种内部规格及相同的外框长度及宽度，抽屉式储物盒内部具有矩阵式结构的物料仓，每个物料仓(44)的大小一致，物料仓由横竖的隔板(43)构成，具有不同规格，隔板的顶部具有与隔板本体不同的颜色；储物盒具有与柜体成比例的高度，用户可以根据自己的需要进行多种随意搭配组合。

进一步的，储物模块底部具有MCU芯片(41)、重量传感器(42)、指示器(45)及电子锁(46)，分别用来处理收发信息指令，指示位置，跟踪物料重量及控制物料的取用。

进一步的，储物模块底部的底板(47)用来支持承重，安装传感器。

进一步的，物料柜上可配有指纹识别、面部识别、密码锁及其它身份识别，以增加物料取用时的安全性，同时实现物料取用的多重监管；物料柜还可以配备多重防护及解锁装置，以进行多重监管。

进一步的，主机系统包括摄像头模组，用于获取待检测图片；图片处理芯片，用于摄像头端传输的待检测图片，采用预设的各个形状样本；微机处理芯片，用于处理图片处理芯片﹑储物盒MCU芯片﹑通讯芯片发送的消息指令，并按预设程式进行处理并将处理结果发送到相应模块；显示器单元，用于展示柜机运行状态，物料状态，通知信息等信息。

进一步的，摄像头安装在物料柜的顶部，可以拍摄到下方所有的抽屉式储物盒的全景；系统图像识别算法可以自动分析储物盒图片从而对物料进行识别﹑监管及跟踪。

进一步的，物料通过贴有相应的二维码标签或RFID标签以进行信息化管理或跟踪。

进一步的，用户可通过终端设备(包括手持式计算机、网络家电、智能手机、平板电脑、笔记本电脑、智能眼镜、智能手表、可穿戴设备、虚拟显示设备或显示增强设备、或者数据处理设备中的任何两个或多个的组合)及相应的用户界面系统进行物料的管理和使用。

进一步的，智能物料柜和终端设备都连接到云端系统，通过云端系统进行数据及指令的交互，实现对物料的管理、监控及跟踪。

进一步的，云端系统具有数据统计分析，监管预警，物料管控，图形识别等功能。

与现有技术相比，本发明提供了一种适用于实验室的智能物料柜，具备以下有益效果： 1、该智能柜通过设置不同规格的储物盒以及不同大小物料仓，能够将大小不同的物品进行分开存放，可以有效的实现实验室复杂多样数量庞大的物料的管理，通过设置的身体特征验证器和密码认证器，能够通过多重验证的方式，方便物料的使用跟踪及监管，也增加了该智能柜的安保和管制物料流通过程的安全性，实现了管制物料的全流程监管。

2、该智能柜在实现物料的信息化管理的同时，能够实现对物料物理实体的管理，对物料进行有效的信息化管理，实现物料的库存动态化跟踪及自动化实时盘清。

3、通过摄像头及图形算法，能够对智能柜内物料进行位置检测及跟踪，能够有效的实现物料的自动化识别和相关自动化操作，通过设置的照明灯，能够在黑暗的情况下，方便物料的取用并指示物料的位置，极大的方便使用者取放物料，结合个人终端的使用，可以让用户在几秒钟时间内就可以完成物料的取放及库存自动更新。

4、通过结合云技术，可以实现物料的平台管理及存放，降低物料浪费和库存，有效促进资源的合理利用；同时，还可以实现物料的精准有效监管和管理，解决试剂物料使用过程中的诸多问题。

附图说明

图1：为本发明所涉及的智能物料柜的结构示意图，对智能柜及物料仓的结构进行了说明。

图2：为本发明所涉及的抽屉式储物盒结构图，对储物盒的结构进行了阐明。

具体实施方案

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚地描述。所描述的实施例是本发明一部分实施例，对本发明的实施加以例证和阐述。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文的实施例，相关研究领域的人员根据本发明的基本思想做出的改进或变动，均在本发明范围之内。在适当之处为避免混淆，本说明将忽略本领域技术人员已知的一些信息。

在本公开实施例中，物料柜包含以下组成部分：主机，摄像头，指纹或其它身份识别模块，抽屉式储物盒，显示屏，骨架外壳，通风系统，气氛控制模块(选配)等。

在本公开实施例中，物料柜是通过抽屉式储物盒垂直堆叠构成(图1)，抽屉式储物盒具有4-10种内部规格，但均具有相同长度及宽度，长45-65cm，宽35-60cm。

在本公开实施例中，骨架外壳顶部上沿具有凸起结构，用来安装摄像头及照明部件，顶部面板可安装显示屏等其它模组，下部用来安装抽屉式储物盒及气氛控制模块，靠后方具有通风管道系统。

在本公开实施例中，物料柜后部配有通风管路，可接入实验室抽风系统。最底部的储物盒可选配温度控制或其它气氛控制模块。

在本公开实施例中，抽屉式储物盒内部具有矩阵式结构的物料仓(图2)，每个物料仓的大小一致，为正方形结构，物料仓的边长为15cm-1cm。

在本公开实施例中，物料仓由横竖的隔板构成，隔板厚度为3-10mm，隔板顶部可以具有不同的颜色或花纹。

在本公开实施例中，物料柜的顶部装有一个摄像头，可以拍摄到下方所有的抽屉式储物盒的全景。顶部还安装有照明光源，以便于用户使用。

在本公开实施例中，物料柜的顶部具有一个显示屏，可以展示相关信息，通知消息等相关信息。

在本公开实施例中，抽屉式储物盒底部具有MCU芯片、指示器、重量传感器及电子锁，分别用来处理收发信息指令，指示位置，跟踪物料重量及控制物料的取用(图2)。

在本公开实施例中，抽屉式储物盒的物料矩阵有对应的指示器单元，用来指示使用者快速的获取所需物料，该指示器单元由MCU根据主机下发指令控制。

在本公开实施例中，物料的通过电子锁进行权限控制，用户可通过使用指纹模块，面部识别，密码键盘，个人终端授权等多种方式对物料进行取用管理，通过系统的账号及身份系统可以方便的进行取用的控制及跟踪，并记录使用的相关信息以供查阅和跟踪管理，相关信息包括：何时何人取用何种物料，使用量，归还时间等。

在本公开实施例中，摄像头模块输出数据由配套图形处理芯片，图形处理芯片与上位机连接。

在本公开实施例中，图形处理芯片内嵌图像识别算法，可以自动分析摄像头拍摄到的抽屉式储物盒图片，并实时将所有信息及分析结果反馈给上位机。

在本公开实施例中，物料仓中物料顶部可以贴有相应物料的标签，图形算法可以自动分析并读取单个物料的标签信息。

在本公开实施例中，图像识别算法可以对摄像头采集的储物盒图片进行截取及对比分析，可识别储物盒中每个物料仓的位置及编号；

在本公开实施例中，通过对物体包装外观图像进行分析，可判断物料包装的体积容量。

在本公开实施例中，物料的取用及库存管理通过云端及个人终端实现，管理员通过授权进行物料的分级及分类管理，可获取人员的控制及其它物料管理。

在本公开实施例中，主机单元将获取的经物料仓图片上传至云端，通过与云端图片数据库中试剂耗材图片进行相似度计算，将所述相似度作为置信度，或者对所述相似度进行误差处理，将置信度最高的数值反馈作为图形识别结果，从而对试剂耗材的种类、品牌、规格等相关信息进行获取，并将其下发本地主机单元。

Claims (10)

1.一种适用于实验室及类似使用环境的智能物料柜，由相应的软硬件组成，其特征在于硬件部分包括：主机(1)，摄像头(2)，显示屏(3)，抽屉式储物盒(4)，指纹或其它身份识别模块(5)，外壳骨架(6)，气氛控制模块(7)，通风系统(8)；软件部分包括：MCU驱动程序，图形处理系统，主机系统，云端系统。

2.如权利要求1所述，主机(1)单元其特征在于，主机(1)为微型计算机系统，具有能满足物料柜各项设计功能需求的驱动程序、通讯模组及计算硬件资源；摄像头(2)其特征在于，能拍摄到物料柜所有抽屉式储物盒的全景照片，照片经主机的图形算法分析后可以对物料仓(44)及物料进行分析定位和跟踪；显示屏(3)其特征在于，为系统监视及信息展示端口，可以为用户呈现相关数据及信息；指纹或其它身份识别模块(5)其特征在于，用来识别用户的身份，是否具有使用相应物料的权限，以对主机发出相应指令，开启物料柜及储物盒的电子锁；气氛控制模块(7)其特征在于，用来控制物料柜内温度、湿度、空气成分组成等参数的控制模块。

3.如权利要求1所述，外壳骨架(6)其特征在于，为框架模块化设计，两侧具有龙骨结构，从上至下分别安装四个主要组成部分：外壳顶部上沿具有凸起结构以安装摄像头及照明部件，上部用来安放主机、显示器及通讯单元，主体部分用来安装储物盒，下部可安装储物盒或者气氛控制单元；。

4.如权利要求1所述，智能物料柜为软硬件有机结合组成的物料管理系统，其特征在于MCU单元、摄像头、图形处理单元、显示屏及身份识别模块与主机连接，主机通过通讯系统与云端连接，使用者的个人终端通过云端或直连与物料柜连接，从而对物料柜进行控制使用，MCU单元、主机、云端及个人终端通过与相应的软件系统匹配以承担不同的计算任务及功能，MCU单元与主机之间进行双向通讯，可进行信息及指令的收发，主机与云端、个人终端与云端之间也为双向通讯，可进行信息及指令的收发。

5.一种抽屉式储物盒，抽屉式储物盒(4)其特征在于，为存放物料的物理实体，用来对物料进行实体放置、管理、跟踪及定位，抽屉式储物盒具有4-10种内部规格，具有相同的外观整体长度及宽度，长45-65cm，宽35-60cm，高度与物料柜成比例；内部为矩阵式物料仓(44)，通过隔板(43)分隔形成；物料仓底部为底板(47)，用来支持承重及安放传感器，储物模块底部具有MCU模组(41)、重量传感器(42)、指示器(45)及电子锁(46)。

6.如权利要求6所述，物料仓其特征在于由横竖的隔板构成，隔板厚度为3-10mm，隔板顶部可以具有不同的颜色或花纹每个物料仓的大小一致，为方形或圆形结构，物料仓的边长为15cm-1cm，每个储物盒中的物料仓具有身份标识编号，并可以通过对应的指示器指示储物盒内对应物料仓。

7.如权利要求1所述，MCU驱动程序其特征在于，可以接受主机(1)发送的各种相关指令，并控制相关的指示器，电子锁及传感器单元，同时可以将相关元器件采集的数据按指令格式上传主机；图形处理系统其特征在于，摄像头(2)上传的图像资料经图形处理系统分析后，可对物料仓(44)及物料进行分析定位和跟踪，通过主机进行交互后，与MCU单元上传数据进行对比后可对物料进行定位跟踪；主机系统其特征在于满足物料柜各种设计功能需求，实现数据在各相关模块间的交互，命令及相关运算的执行，信息的储存；云端系统其特征在于，可以实现个人终端与物料柜之间信息的交互，指令的下发及信息的反馈，数据的统计及分析，物料的数据化监管及控制，海量试剂物料信息的储存及图形识别比对。

8.如权利要求6所述，MCU模组其特征在于，包含一套单片机处理芯片，用来进行数据的采集、处理以及与主机之间信息和指令的收发；连接多个指示器，并可对指示器进行控制；连接重量传感器，并可以进行重量信息的采集处理，通过内嵌算法可以实现对应物料重量的准确读取；可连接身份识别模组、电子锁及控制器等拓展单元，以实现智能物料柜的物料控制及用户管理。

9.一种基于图像识别算法的物料检测跟踪系统，其特征在于，该系统由摄像头、图形处理芯片、本地图形识别算法和云端图形识别算法组成。

10.如权利要求9所述，本地图形识别算法其特征在于，该算法基于内建数据库及预设参数对摄像头采集的储物盒图片进行截取及对比分析，可识别储物盒中每个物料仓的位置及编号；通过对比历史图片记录，判断位置是否有物料及是否正确；云端图形算法其特征在于，主机单元将获取的经物料仓图片上传至云端，通过与云端图片数据库中试剂耗材图片进行相似度计算，从而对试剂耗材的种类、品牌、规格等相关信息进行获取，并将其下发本地主机单元。