CN110547289B - 一种生物样本多功能工作站 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种生物样本多功能工作站，包括框架、冷藏组件、板架转运机构、三维移动机构、板架抓取装置及罩壳，冷藏组件包括壳体，壳体内设置有程序降温区及深冷存储区，板架转运机构包括柜体、设置于柜体内的暂存架及板架驱动机构，柜体的顶部设置有板架输出口，暂存架包括两块安装板，两块安装板的内侧面上从上至下对应地设置有多根支撑凸缘，板架驱动机构包括升降机、与升降机的滑台固连的支撑板、与支撑板滑动配合的铲板及驱动铲板沿直线方向移动的铲板驱动装置，铲板能够在铲板驱动装置的驱动下移动至两块安装板之间。本发明的生物样本多功能工作站能够对板架进行自动上料、转运过程中生物不易受到损伤。

Description

一种生物样本多功能工作站

技术领域

本发明涉及一种生物冷藏设备，尤其涉及一种生物样本多功能工作站。

背景技术

目前，生物样本冻存管及冻存盒存取已实现自动化操作，但是现有技术中的冻存管及冻存盒存取装置是通过液氮冻存罐进行存储。液氮冻存罐是液氮生物容器的主要产品类型，其包括一个罐体，罐体内设有托盘，托盘上设有冻存架，冻存架上放置冻存盒，冻存盒内放置生物组织等需要被冻存的对象，罐体内的液氮为被冻存的对象提供低温环境。为了便于存取冻存盒，液氮冻存罐的上端设有上盖，上盖上的非中心位置设有盖板，操作人员根据需要开启上盖或盖板，以实现补充氮液或存取冻存盒的目的。

随着冷藏需求的增加，所需的液氮冻存罐也越做越大，冻存盒的数量也越来越多，如何对冻存盒进行有效管理并便于存取成为必须考虑的问题，而且从中转箱中取出的冻存盒需要程序降温后存入冻存盒存储区以防止温度骤降给生物带来的损伤也是一个重要问题。目前，一些存储罐采用的结构是在罐体内设置冻存架，在冻存架上设置若干用于放置冻存盒的放置区域，通过托盘支撑冻存架，托盘可以旋转，这样能够利用托盘旋转实现冻存架上各位置冻存盒的存取。这种结构的缺陷在于冻存架为单层结构，存放冻存盒的数量还是有限，而且冻存架本身的结构难以实现夹持工具的分层操作，扩容也不容易，而且不具有程序降温环节，直接将中转箱或中转罐中的冻存盒放入罐体内，容易发生由于温度降温过快而对生物样本造成损坏的现象。

此外，现有的生物冷藏设备没有实现对板架的自动上料。板架是一种用于放置冻存管的装置，其广泛应用于生物冷藏领域。现有的板架在将冻存管输运至深冷存储设备前，操作人员需要通过手工的方式将其从实验室取出，然后再将其放入程序降温装置中进行预降温，最后再将预降温后的板架转入深冷存储设备中进行深冷存储，整个输运过程中，板架的上料速度较慢且自动化程度较低，进而降低了生物存储的效率。板架转运的过程中也直接暴露在室温环境中，因此生物容易受到外界环境的影响而导致损伤。

有鉴于上述的缺陷，本设计人，积极加以研究创新，以期创设一种新型结构的生物样本多功能工作站，使其更具有产业上的利用价值。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种能够对板架进行自动上料、转运过程中生物不易受到损伤的生物样本多功能工作站。

本发明的生物样本多功能工作站，包括框架、冷藏组件、板架转运机构、位于冷藏组件及板架转运机构上方的三维移动机构、设于三维移动机构输出端并用于抓取板架的板架抓取装置、位于三维移动机构上方的罩壳，所述冷藏组件与框架固连，所述板架转运结构与框架或冷藏组件连接，冷藏组件包括壳体，壳体内设置有程序降温区及深冷存储区，壳体的顶壁上设有多个分别与程序降温区、深冷存储区连通的开口，所述板架转运机构包括柜体、设置于柜体内的暂存架及板架驱动机构，所述柜体的顶部设置有板架输出口，所述暂存架包括设于柜体内的两块安装板，两块安装板的内侧面上从上至下对应地设置有多根支撑凸缘，所述板架驱动机构包括位于暂存架后侧的升降机、位于板架输出口下方并与升降机的滑台固连的支撑板、与支撑板滑动配合的铲板及驱动铲板沿直线方向移动的铲板驱动装置，所述铲板能够在铲板驱动装置的驱动下移动至两块安装板之间。

进一步的，本发明的生物样本多功能工作站，还包括中转箱传递机构及中转箱。

进一步的，本发明的生物样本多功能工作站，中转箱传递机构包括传递舱外壳，传递舱外壳的顶壁上开设有传递舱天窗，传递舱外壳的前端设有传递舱进出口，传递舱进出口处设有传递舱门，传递舱内设置有传递舱第一小车、位于传递舱第一小车上方的传递舱第二小车，传递舱的外侧壁上设有驱动传递舱门打开的舱门驱动组件，所述传递舱门的底部铰接于传递舱外壳上，所述舱门驱动组件包括设于传递舱外壳侧壁上的舱门驱动电机、与舱门驱动电机输出轴连接的舱门驱动丝杆、与舱门驱动丝杆螺纹连接的舱门驱动滑块，一端与舱门驱动滑块铰接且另一端与传递舱门铰接的驱动杆。

进一步的，本发明的生物样本多功能工作站，还包括防护罩，所述框架、冷藏组件、板架转运机构、中转箱传递机构及中转箱均位于防护罩内。

进一步的，本发明的生物样本多功能工作站，所述铲板驱动装置包括铲板驱动电机、与铲板驱动电机输出轴连接的齿轮、设置于支撑板上并与齿轮啮合的齿条，所述铲板驱动电机的机体固设于铲板上。

进一步的，本发明的生物样本多功能工作站，所述升降机包括安装座、设于安装座上的升降电机及升降架、与升降架滑动配合的滑台、设于升降架内的丝杆，所述滑台与丝杆螺纹配合，所述升降电机的输出轴通过皮带转动机构与丝杆连接。

进一步的，本发明的生物样本多功能工作站，所述升降架的顶部及底部均设置有光电开关，所述滑台上设有与光电开关对应的挡板。

进一步的，本发明的生物样本多功能工作站，所述程序存储区从上至下依次设置有温度逐渐降低的四个温场。

进一步的，本发明的生物样本多功能工作站，所述程序降温区内设置有用于承载板架的升降托盘。

进一步的，本发明的生物样本多功能工作站，还包括升降架、设于升降架顶端的托盘驱动电机、与托盘驱动电机输出轴连接的丝杆，所述升降托盘与托盘驱动电机输出端的丝杆螺纹连接。

借由上述方案，本发明至少具有以下优点：板架转运机构的设置，实现了对板架及板架上冻存管的自动化转运，其中暂存架及板架驱动机构的设置，实现了对板架的暂存及快速入料，从而提高了板架转运架构的上料速度、自动化程度及生物的最终存储效率。其中，柜体的前侧设置有柜门，暂存架固设于柜门的后侧，暂存架的两块安装板与铲板的移动方向大致平行，板架的尺寸小于两块安装板的距离，大于两根支撑凸缘之间的距离。具体使用时，操作人员首先将多块载有冻存管的板架从上至下依次搁置于两块安装板的支撑凸缘上，接着，支撑板及其上的铲板在升降机的驱动下随滑台移动至与某一板架对应的高度，随后，铲板在铲板驱动装置的驱动下向前伸出，直至其移动至板架的正下方。此后支撑板及铲板又在升降机的驱动下上升一定的距离，直至铲板与板架接触并将其从两块支撑凸缘上托起，随后铲板在铲板驱动装置的驱动下收缩至原位置，最后铲板及铲板上的板架在升降机的驱动下随滑块上升至板架输出口处，从而完成板架的上料。上料后，位于冷藏组件及板架转运组件上方的三维移动机构驱动板架抓取装置移动至板架输出口处，板架抓取装置在抓取板架后将其输运至程序降温区的上方，然后再将其通过程序降温区上方的开口输入至程序降温区内，程序降温区内设置升降托盘，其能够将冻存管升降至预定温度的区域，以实现对冻存管的逐步降温。程序降温完成后，冻存管在三维驱动机构的驱动下被输运至深冷存储区。深冷存储区内的温度较程序降温区内的温度要低，以实现对生物的深冷保藏。

综上所述，本发明的生物样本多功能工作站不仅提高了存取板架的效率，而且降低了板架暴露在室温环境中的危险，提高了冻存管内存放的生物样本的活性，程序降温环节的设置，更好地保持了冻存盒内的生物样本的活性，降低了安全隐患，使得本发明的生物样本多功能工作站具有生物样本的多功能存储方式，中转箱传递机构与板架转运机构的配合使用，适合对生物样本进行多种样式的存储，实现了对传递机构和板架的快速存储，同时，其能够对板架进行自动上料、转运过程中生物不易受到损伤。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1是本发明生物样本多功能工作站的立体结构图；

图2是生物样本多功能工作站另一立体结构图，其中防护罩未示出；

图3是生物样本多功能工作站另一立体结构图，其中防护罩、罩壳未示出；

图4是图3中生物样本多功能工作站的爆炸图；

图5是中转箱传递机构及中转箱的剖视图；

图6是板架转运机构的立体结构图；

图7是板架转运机构的爆炸图；

图8是暂存架的立体结构图；

图9是板架驱动机构的立体结构图；

图10是图9中A部的局部放大图；

图11是板架驱动机构的爆炸图；

图12是板架驱动机构的正视图；

图13是板架驱动机构的俯视图；

图14是中转箱及中转箱传递机构的使用状态图；

图15是升降托盘及升降装置的立体结构图。

其中，1：柜体；2：暂存架；3：板架驱动机构；4：板架输出口；5：安装板；6：支撑凸缘；7：升降机；8：滑台；9：支撑板；10：铲板；11：板架； 12：柜门；13：铲板驱动电机；14：齿轮；15：齿条；16：导轨；17：L型折板；18：接近开关；19：顶板；20：底板；21：固定面板；22：安装座；23：升降电机；24：升降架；25：光电开关；26：挡板：27：框架；28：冷藏组件； 29：板架转运机构；30：三维移动机构；31：第二抓取；32：罩壳；33：壳体； 34：程序降温区；35：深冷存储区；36：中转箱传递机构；37：中转箱；38：防护罩；39：升降托盘；40：升降架；41：托盘驱动电机；61：传递舱外壳； 611：传递舱天窗；612：传递舱进出口；62：传递舱门；63：传递舱第一小车；64：传递舱第二小车；65：舱门驱动组件；651：舱门驱动电机；652：舱门驱动丝杆；653：舱门驱动滑块；654：驱动杆。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

参见图1至图15，本发明一较佳实施例的一种生物样本多功能工作站，包括框架27、冷藏组件28、板架转运机构29、位于冷藏组件及板架转运机构上方的三维移动机构30、设于三维移动机构输出端并用于抓取板架的板架抓取装置31、位于三维移动机构上方的罩壳32，冷藏组件与框架固连，板架转运结构与框架或冷藏组件连接，冷藏组件包括壳体33，壳体内设置有程序降温区34 及深冷存储区35，壳体的顶壁上设有多个分别与程序降温区、深冷存储区连通的开口，板架转运机构包括柜体1、设置于柜体内的暂存架2及板架驱动机构3，柜体的顶部设置有板架输出口4，暂存架包括设于柜体内的两块安装板5，两块安装板的内侧面上从上至下对应地设置有多根支撑凸缘6，板架驱动机构包括位于暂存架后侧的升降机7、位于板架输出口下方并与升降机的滑台8固连的支撑板9、与支撑板滑动配合的铲板10及驱动铲板沿直线方向移动的铲板驱动装置，铲板能够在铲板驱动装置的驱动下移动至两块安装板之间。

本实施例的生物样品多功能工作站，主要具有与中转箱对接，也可通过直接存储板架进行存储或降温动作，冷藏组件中设有深冷存储区和程序降温区，深冷存储区的温度一般维持在-196至-130℃，以更好的保护生物样本的活性；程序降温区内的温度从上至下逐渐降低，程序降温时，板架在升降托盘的带动下逐渐降低到程序降温区的底部，从而使其温度由-10℃左右逐渐降低至80℃左右，实际实施时，其升降高度可根据设置于板架上的温度传感器感应的温度进行反馈控制，程序降温后，程序降温区内的升降托盘再次将板架运输至上端并通过三维移动机构将板架转移至深冷存储区内进行深低温存储。具体实施时，程序降温区为一个整体式降温区，其内设置有多个升降架及位于升降架上的升降托盘，四个升降架底部连通。当外部存储设备是中转箱时，生物样品多功能工作站可通过中转箱传递机构，将外部的中转箱转入存储设备中；如果是外部的板架需要直接放入存储设备中，具体地板架通过板架转运机构进行中转。

中转箱传递机构及板架转运机构，其内均设有除湿模块，以对存入的物品进行除湿。

其中，板架转运机构的设置，实现了对板架及板架上冻存管的自动化转运，其中暂存架及板架驱动机构的设置，实现了对板架11的暂存及快速入料，从而提高了板架转运架构的上料速度、自动化程度及生物的最终存储效率。其中，柜体的前侧设置有柜门12，暂存架固设于柜门的后侧，暂存架的两块安装板与铲板的移动方向大致平行，板架的尺寸小于两块安装板的距离，大于两根支撑凸缘之间的距离。具体使用时，操作人员首先将多块载有冻存管的板架从上至下依次搁置于两块安装板的支撑凸缘上，接着，支撑板及其上的铲板在升降机的驱动下随滑台移动至与某一板架对应的高度，随后，铲板在铲板驱动装置的驱动下向前伸出，直至其移动至板架的正下方。此后支撑板及铲板又在升降机的驱动下上升一定的距离，直至铲板与板架接触并将其从两块支撑凸缘上托起，随后铲板在铲板驱动装置的驱动下收缩至原位置，最后铲板及铲板上的板架在升降机的驱动下随滑块上升至板架输出口处，从而完成板架的上料。上料后，位于冷藏组件及板架转运组件上方的三维移动机构驱动板架抓取装置移动至板架输出口处，板架抓取装置在抓取板架后将其输运至程序降温区的上方，然后再将其通过程序降温区上方的开口输入至程序降温区内，程序降温区内设置升降托盘，其能够将冻存管从程序降温区的顶部逐渐降至其底部，从而实现对生物样品的程序降温，以防止其由于温度过低而产生损伤。程序降温完成后，冻存管在三维驱动机构的驱动下被输运至深冷存储区。深冷存储区内的温度较程序降温区内的温度要低，以实现对生物的深冷保藏。其中，三维移动机构为具有三维移动功能传输装置，板架抓取装置可为电动或气动式，此外罩壳用于防止外部热量对板架转运机构及冷藏组件的影响，框架用于安装冷藏组件及板架转运机构等部件。

作为优选，本发明的生物样本多功能工作站，还包括中转箱传递机构36及中转箱37。

具体的，中转箱传递机构包括传递舱外壳61，传递舱外壳的顶壁上开设有传递舱天窗611，传递舱外壳的前端设有传递舱进出口612，传递舱进出口处设有传递舱门62，传递舱内设置有传递舱第一小车63、位于传递舱第一小车上方的传递舱第二小车64，传递舱的外侧壁上设有驱动传递舱门打开的舱门驱动组件65，传递舱门的底部铰接于传递舱外壳上，舱门驱动组件包括设于传递舱外壳侧壁上的舱门驱动电机651、与舱门驱动电机输出轴连接的舱门驱动丝杆 652、与舱门驱动丝杆螺纹连接的舱门驱动滑块653，一端与舱门驱动滑块铰接且另一端与传递舱门铰接的驱动杆654，其中传递舱第一小车通过设于传递舱外壳内的驱动电机驱动，具体的，该驱动电机通过齿轮齿条组件驱动传递舱第一小车沿着传递舱外壳内的导轨移动，传递舱第二小车通过设于传递舱第一小车上的驱动电机以及皮带、皮带轮组件实现对传递舱第二小车的驱动。具体使用时，舱门驱动组件的舱门驱动电机驱动舱门驱动滑块沿着舱门驱动丝杆移动，与舱门驱动滑块铰接的驱动杆推动传递舱门打开，同时传递舱第一驱动小车及传递舱第二驱动小车分别在各自的驱动机构下从传递舱内移出，当传递舱第二小车完全移出传递舱外壳后，操作人员即可将中转箱置于传递舱第二小车上，接着传递舱第二小车、传递舱第一小车及传递舱舱门按上述相反的程序恢复原位，从而实现对中转箱的转运。转运完成后，中转箱打开，其内的生物样品通过位于其上方的三维移动机构被转运至程序降温区及深冷存储区，从而实现对生物样品的存储。

中转箱传递机构及中转箱用于实现对存储罐的中转。

作为优选，本发明的生物样本多功能工作站，还包括防护罩38，框架、冷藏组件、板架转运机构、中转箱传递机构及中转箱均位于防护罩内。

防护罩的设置实现了对各部件的保护。

作为优选，本发明的生物样本多功能工作站，铲板驱动装置包括铲板驱动电机13、与铲板驱动电机输出轴连接的齿轮14、设置于支撑板上并与齿轮啮合的齿条15，铲板驱动电机的机体固设于铲板上。

优选的，铲板驱动电机为步进电机。

优选的，支撑板的表面设置有与支撑板滑动配合的导轨16。

优选的，支撑板的左右两侧设置有与支撑板固连的L型折板17，L型折板上设置有接近开关18。

优选的两块安装板之间还设置有顶板19及底板20，支撑凸缘位于顶板及底板之间。

优选的，暂存架还包括与安装板垂直并与柜体固连的固定面板21。

作为优选，本发明的生物样本多功能工作站，升降机包括安装座22、设于安装座上的升降电机23及升降架24、与升降架滑动配合的滑台8、设于升降架内的丝杆，滑台与丝杆螺纹配合，升降电机的输出轴通过皮带转动机构与丝杆连接。

作为优选，本发明的生物样本多功能工作站，升降架的顶部及底部均设置有光电开关25，滑台上设有与光电开关对应的挡板26。

作为优选，本发明的生物样本多功能工作站，程序存储区从上至下依次设置有温度逐渐降低的四个温场。

作为优选，本发明的生物样本多功能工作站，程序降温区内设置有用于承载板架的升降托盘39。

本发明的生物样本多功能工作站，还包括升降架40、设于升降架顶端的托盘驱动电机41、与托盘驱动电机输出轴连接的丝杆，升降托盘与托盘驱动电机输出端的丝杆螺纹连接。

升降托盘的设置，实现了将板架从程序存储区顶部降至程序区底部，再将其升至存储区顶部，以对冻存管及其内的生物样品进行逐步降温的目的，防止生物样品由于温度骤降而导致的损伤。具体的，升降托盘为与板架适配的环状结构，优选为矩形环，三维移动机构在将板架输运至其上方后将板架边缘的法兰板置于升降托盘上，板架的底部穿过升降托盘。升降托盘的升降通过具有升降功能升降装置实现，优选为电机丝杆式升降装置。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，本领域技术人员能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的保护范围由所附权利要求而不是上述说明限定。

此外，以上仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。同时，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (5)

1.一种生物样本多功能工作站，其特征在于：包括框架、冷藏组件、板架转运机构、位于冷藏组件及板架转运机构上方的三维移动机构、设于三维移动机构输出端并用于抓取板架的板架抓取装置、位于三维移动机构上方的罩壳，所述冷藏组件与框架固连，所述板架转运机构与框架或冷藏组件连接，冷藏组件包括壳体，壳体内设置有程序降温区及深冷存储区，壳体的顶壁上设有多个分别与程序降温区、深冷存储区连通的开口，所述板架转运机构包括柜体、设置于柜体内的暂存架及板架驱动机构，所述柜体的顶部设置有板架输出口，所述暂存架包括设于柜体内的两块安装板，两块安装板的内侧面上从上至下对应地设置有多根支撑凸缘，所述板架驱动机构包括位于暂存架后侧的升降机、位于板架输出口下方并与升降机的滑台固连的支撑板、与支撑板滑动配合的铲板及驱动铲板沿直线方向移动的铲板驱动装置，所述铲板能够在铲板驱动装置的驱动下移动至两块安装板之间；

还包括中转箱传递机构及中转箱；

还包括防护罩，所述框架、冷藏组件、板架转运机构、中转箱传递机构及中转箱均位于防护罩内；

所述铲板驱动装置包括铲板驱动电机、与铲板驱动电机输出轴连接的齿轮、设置于支撑板上并与齿轮啮合的齿条，所述铲板驱动电机的机体固设于铲板上；

所述升降机包括安装座、设于安装座上的升降电机及升降架、与升降架滑动配合的滑台、设于升降架内的丝杆，所述滑台与丝杆螺纹配合，所述升降电机的输出轴通过皮带转动机构与丝杆连接；

所述升降架的顶部及底部均设置有光电开关，所述滑台上设有与光电开关对应的挡板；

所述中转箱传递机构及板架转运机构内均设有除湿模块，以对存入的物品进行除湿。

2.根据权利要求1所述的生物样本多功能工作站，其特征在于：所述中转箱传递机构包括传递舱外壳，传递舱外壳的顶壁上开设有传递舱天窗，传递舱外壳的前端设有传递舱进出口，传递舱进出口处设有传递舱门，传递舱内设置有传递舱第一小车、位于传递舱第一小车上方的传递舱第二小车，传递舱的外侧壁上设有驱动传递舱门打开的舱门驱动组件，所述传递舱门的底部铰接于传递舱外壳上，所述舱门驱动组件包括设于传递舱外壳侧壁上的舱门驱动电机、与舱门驱动电机输出轴连接的舱门驱动丝杆、与舱门驱动丝杆螺纹连接的舱门驱动滑块，一端与舱门驱动滑块铰接且另一端与传递舱门铰接的驱动杆。

3.根据权利要求1所述的生物样本多功能工作站，其特征在于：所述程序存储区从上至下依次设置有温度逐渐降低的四个温场。

4.根据权利要求3所述的生物样本多功能工作站，其特征在于：所述程序降温区内设置有用于承载板架的升降托盘。

5.根据权利要求4所述的生物样本多功能工作站，其特征在于：还包括升降架、设于升降架顶端的托盘驱动电机、与托盘驱动电机输出轴连接的丝杆，所述升降托盘与托盘驱动电机输出端的丝杆螺纹连接。