CN110564600A - 一种吸液机构及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种吸液机构及其工作方法，该机构包括支架、离心瓶、控制芯片、吸液组件以及视觉检测组件，视觉检测组件包括摄像组件以及视觉控制器，摄像组件与视觉控制器连接，视觉控制器、吸液组件分别与控制芯片连接；离心瓶、摄像组件以及吸液组件连接于支架上；通过摄像组件拍摄离心瓶的照片，由视觉控制器进行照片分析后获取液体分层位置信息，将液体分层位置信息发送至控制芯片，由控制芯片驱动吸液组件进行离心瓶内上层清液的吸取操作。本发明实现全自动吸取上层清液，且采用视觉识别检测，液体的分离准确率较高。

Description

一种吸液机构及其工作方法

技术领域

本发明涉及吸液机构，更具体地说是指一种吸液机构及其工作方法。

背景技术

在细胞制备过程中，需要将转移细胞的液体进行离心操作后，经过培养后的干细胞从培养皿剥离出来，培养皿中同时含有干细胞和培养液，再经过离心机分离后，细胞沉淀在离心屏底部，离心后的上清液需要从离心瓶中分离出来，以进行细胞培养。

目前手工或自动化干细胞制备工序中，采用的是操作人员手动快速倒液体的方式将上层清液取出，存在效率较低，且操作过程中容易出现有部分细胞会随着上清液流到外面，或者，上清液小质点分散并悬浮在气体介质中形成的胶体分散体系，对环境造成交叉污染，或者倒液体过程中，有部分液体黏在培养皿壁上，无法分离干净，，从而导致细胞培养成功率降低。

因此，有必要设计一种新的机构，实现全自动吸取上层清液，且准确率较高。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种吸液机构及其工作方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种吸液机构，包括支架、离心瓶、控制芯片、吸液组件以及视觉检测组件，所述视觉检测组件包括摄像组件以及视觉控制器，所述摄像组件与所述视觉控制器连接，所述视觉控制器、吸液组件分别与所述控制芯片连接；所述离心瓶、所述摄像组件以及所述吸液组件连接于所述支架上；通过所述摄像组件拍摄所述离心瓶的照片，由所述视觉控制器进行照片分析后获取液体分层位置信息，将液体分层位置信息发送至所述控制芯片，由所述控制芯片驱动所述吸液组件进行所述离心瓶内上层清液的吸取操作。

其进一步技术方案为：所述摄像组件包括摄像机以及光源，所述摄像机置于所述离心瓶的一侧，所述光源置于所述离心瓶的一侧。

其进一步技术方案为：所述吸液组件包括移动结构、蠕动泵以及吸液管，所述蠕动泵连接于所述移动结构上，所述吸液管与所述蠕动泵连接，所述离心管置于所述蠕动泵的下方。

其进一步技术方案为：所述移动结构包括伺服模组，所述伺服模组连接于所述支架上，所述伺服模组上连接有滑板安装板，所述吸液管连接于所述滑板安装板上。

其进一步技术方案为：所述滑板安装板的上方连接有吸液管安装板，所述吸液管安装板上设有固定部件，所述吸液管插设在所述吸液管安装板上。

其进一步技术方案为：所述伺服模组通过模组安装架连接于所述支架上。

其进一步技术方案为：所述光源通过光源固定架连接于所述支架上。

其进一步技术方案为：还包括用于存储上层清液的集液袋，所述集液袋通过集液袋固定架连接于所述支架上，且所述集液袋通过出液管与所述蠕动泵连接。

本发明还提供了一种吸液机构的工作方法，包括：

通过摄像组件拍摄离心瓶的照片，由视觉控制器进行照片分析后获取液体分层位置信息，将液体分层位置信息发送至控制芯片，由控制芯片驱动吸液组件进行所述离心瓶内上层清液的吸取操作。

其进一步技术方案为：所述由视觉控制器进行照片分析后获取液体分层位置信息中，包括：

视觉控制器将照片进行灰度化处理，以得到灰度图像；

对所述灰度图像进行高斯滤波，以得到去噪图像；

对所述去噪图像进行计算梯度值和方向，以得到带梯度值的图像；

对带梯度值的图像进行非极大值抑制、选取双阈值以及边缘检测，以得到液体分层位置信息。

本发明与现有技术相比的有益效果是：本发明通过设置视觉检测组件以及吸液组件，由视觉检测组件获取离心瓶的照片，并采用对该照片进行边缘检测，以得到液体分层位置信息，并由控制芯片根据液体分层位置信息驱动移动结构移动对应的位移，使得吸液管可以仅吸取上层清液，实现全自动吸取上层清液，且采用视觉识别检测，液体的分离准确率较高。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步描述。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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的附图。

图1为本发明具体实施例提供的一种吸液机构的立体结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，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。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。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，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不应理解为必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行结合和组合。

如图1所示的具体实施例，本实施例提供的一种吸液机构，可以运用在离心液体处理的场景中，实现全自动吸取上层清液，且液体分离准确率较高。

请参阅图1，上述的一种吸液机构包括支架(图中未示出)、离心瓶、控制芯片、吸液组件以及视觉检测组件，视觉检测组件包括摄像组件以及视觉控制器10，摄像组件与视觉控制器10连接，视觉控制器10、吸液组件分别与控制芯片连接；离心瓶、摄像组件以及吸液组件连接于支架上；通过摄像组件拍摄离心瓶的照片，由视觉控制器10进行照片分析后获取液体分层位置信息，将液体分层位置信息发送至控制芯片，由控制芯片驱动吸液组件进行离心瓶内上层清液的吸取操作。

由视觉检测组件拍摄照片，从视觉识别检测的角度，将离心瓶内的上层清液和下层非清液的界限识别出来，并由控制芯片驱动吸液组件吸取上层清液，既可以实现全自动地吸取上层清液，将离心管40内的液体进行分离，并且液体分离的准确率高。

在一实施例中，上述的摄像组件包括摄像机11以及光源12，摄像机11置于离心瓶的一侧，光源12置于离心瓶的一侧。

光源12可以对摄像机11拍摄离心管40时起到补光的作用，进而提高识别的准确率。

在一实施例中，请参阅图1，上述的吸液组件包括移动结构、蠕动泵(图中未示出)以及吸液管(图中未示出)，蠕动泵连接于移动结构上，吸液管与蠕动泵连接，离心管40置于蠕动泵的下方。移动结构可以带动吸液管移动，以根据细胞和上清液的边界，灵活调整吸液管的高度。摄像机11用于检测离心瓶中从瓶底到上清液边界的细胞高度；把高度数据传递到控制芯片，控制芯片控制移动结构的行程，实现控制吸液管下降到上清液与细胞的边界，然后启动蠕动泵，把上清液吸出来，收集在集液袋里，以实现全自动吸取上层清液的目的。

在一实施例中，移动结构包括伺服模组30，伺服模组30连接于支架上，伺服模组30上连接有滑板安装板31，吸液管连接于滑板安装板31上。

具体地，上述的伺服模组30上设有滑块，上述的滑板安装板31连接在滑块上，以滑块在伺服模组30上滑动，进而带动滑板安装板31的上下移动，从而达到吸液管的上下移动。

在一实施例中，请参阅图1，上述的滑板安装板31的上方连接有吸液管安装板，吸液管安装板上设有固定部件，吸液管插设在吸液管安装板上。吸液管安装板可以对吸液管插入到离心瓶内起到导向作用，便于吸液管快速插设到离心瓶内进行吸取上层清液的操作。

上述的吸液管安装板包括过渡板21以及竖板20，所述过渡板21的上端面与滑板安装板31的上方，且上述竖板20连接在过渡板21的下端面，上述的固定部件连接在竖板20的外侧面上。

另外，上述的固定部件包括左夹块以及右夹块，该左夹块与右夹块之间围合形成供吸液管插设在内的凹槽，利用左夹块以及右夹块实现对吸液管的固定。

在一实施例中，请参阅图1，伺服模组30通过模组安装架连接于支架上。

在一实施例中，请参阅图1，光源12通过光源固定架13连接于支架上。

在一实施例中，请参阅图1，摄像机11通过摄像机固定架14连接于支架上。

在一实施例中，上述的吸液机构还包括用于存储上层清液的集液袋(图中未示出)，集液袋通过集液袋固定架连接于支架上，且集液袋通过出液管与蠕动泵连接。利用集液袋实现对吸取出来的上层清液的收集。

在本实施例中，上述的控制芯片的型号为但不局限于STM32F103ZET6；上述的视觉控制器10的型号为但不局限于SCI-Q3。

视觉控制器10采用边缘检测技术进行液体分层位置信息的识别和获取，首先检测出图形局部特性的不连续性，再将它们连成边界，这些边界把图形分出不同的区域，检测出边缘的图形就可以进行特征提取和形状分析。

上述的一种吸液结构，通过设置视觉检测组件以及吸液组件，由视觉检测组件获取离心瓶的照片，并采用对该照片进行边缘检测，以得到液体分层位置信息，并由控制芯片根据液体分层位置信息驱动移动结构移动对应的位移，使得吸液管可以仅吸取上层清液，实现全自动吸取上层清液，且采用视觉识别检测，液体的分离准确率较高。

在一实施例中，还提供了一种吸液机构的工作方法，包括：

通过摄像组件拍摄离心瓶的照片，由视觉控制器10进行照片分析后获取液体分层位置信息，将液体分层位置信息发送至控制芯片，由控制芯片驱动吸液组件进行离心瓶内上层清液的吸取操作。

另外，上述的“由视觉控制器10进行照片分析后获取液体分层位置信息”中，包括：

视觉控制器10将照片进行灰度化处理，以得到灰度图像；

对灰度图像进行高斯滤波，以得到去噪图像；

对去噪图像进行计算梯度值和方向，以得到带梯度值的图像；

对带梯度值的图像进行非极大值抑制、选取双阈值以及边缘检测，以得到液体分层位置信息。

具体地，图形边缘时图形局部特性不连续性如灰度突变、颜色突变、纹理结构突变等的反映，它标志着一个区域的终结和另一个区域的开始，为了方便计算起见，通常选择一阶和二阶的导数来检测边界，用求导的方法很容易检测灰度值的不连续效果。在本实施例中，采用了Canny算子检测细胞与上清液的边缘。

上述的视觉控制器10将照片进行灰度化处理，以得到灰度图像，是为了把彩色图像变成灰度图像；通常灰度化采用的公式是：Gray＝0.299R+0.587G+0.114B，Gray为灰度值，R为红原色数值，G为绿原色数值，B为蓝原色数值。

上述的对灰度图像进行高斯滤波，以得到去噪图像，是为了对灰度图像进行去除噪声，进而可以提高边缘检测的准确率，因为噪声也集中于高频信号，很容易被识别为伪边缘。应用高斯模糊去除噪声，降低伪边缘的识别。但是由于图像边缘信息也是高频信号，高斯模糊的半径选择很重要，过大的半径很容易让一些弱边缘检测不到。

对于对去噪图像进行计算梯度值G和方向，以得到带梯度值的图像，图像的边缘可以指向不同方向，因此经典Canny算法用了四个梯度算子来分别计算水平，垂直和对角线方向的梯度。但是通常都不用四个梯度算子来分别计算四个方向。常用的边缘差分算子如Rober、Prewitt、Sobel计算水平和垂直方向的差分Gx和Gy。这样就可以如下计算梯度值G和方向θ：θ＝atan2(G_y，G_x)；梯度角度θ范围从弧度-π到π，然后把它近似到四个方向，分别代表水平，垂直和两个对角线方向(0°，45°，90°，135°)。可以以±iπ/8(i＝1,3,5,7)分割，落在每个区域的梯度角给一个特定值，代表四个方向之一。

对带梯度值的图像进行非极大值抑制、选取双阈值以及边缘检测，以得到液体分层位置信息，其中，非最大值抑制是一种边缘细化方法，抑制不是极大值的元素。通常得出来的梯度边缘不止一个像素宽，而是多个像素宽。而选取双阈值，在一般的边缘检测算法用一个阀值来滤除噪声或颜色变化引起的小的梯度值，而保留大的梯度值。Canny算法应用双阀值，即一个高阀值和一个低阀值来区分边缘像素。如果边缘像素点梯度值大于高阀值，则被认为是强边缘点。如果边缘梯度值小于高阀值，大于低阀值，则标记为弱边缘点。小于低阀值的点则被抑制掉。至此，强边缘点可以认为是真的边缘。弱边缘点则可能是真的边缘，也可能是噪声或颜色变化引起的。为得到精确的结果，后者引起的弱边缘点应该去掉。通常认为真实边缘引起的弱边缘点和强边缘点是连通的，而又噪声引起的弱边缘点则不会。所谓的滞后边界跟踪算法检查一个弱边缘点的8连通领域像素，只要有强边缘点存在，那么这个弱边缘点被认为是真是边缘保留下来。通过以上方法进行照片处理后，可以得出细胞和上清液的边缘界限，同时可以得出细胞在离心瓶的最高位置h，即液体分层位置信息，以提高液体分离的准确率。

伺服模组30中的马达旋转，带动伺服模组30中丝杆上的滑块上下运动。滑块上安装有安装滑板安装板31，吸液管通过吸管安装杆固定在滑板安装板31上，这样，当伺服模组30的马达转动时，吸液管会上下直线运动。通过视觉检测技术，测算出细胞在离心瓶的高度，伺服模组30的马达带动吸液管上下，运行到指定的位置。

蠕动泵分别连接吸液管和集液袋，蠕动泵启动后，通过对蠕动泵的吸液管以及出液管的交替进行挤压和释放来泵送流体。就像用两根手指夹挤软管一样，随着手指的移动，管内形成负压，液体随之流动，从而把离心管40的上清液吸到集液袋里，操作简单，且效率高。

需要说明的是，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，上述一种吸液机构的工作方法的具体实现过程，可以参考前一种吸液机构实施例中的相应描述，为了描述的方便和简洁，在此不再赘述。

上述仅以实施例来进一步说明本发明的技术内容，以便于读者更容易理解，但不代表本发明的实施方式仅限于此，任何依本发明所做的技术延伸或再创造，均受本发明的保护。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (10)

1.一种吸液机构，其特征在于，包括支架、离心瓶、控制芯片、吸液组件以及视觉检测组件，所述视觉检测组件包括摄像组件以及视觉控制器，所述摄像组件与所述视觉控制器连接，所述视觉控制器、吸液组件分别与所述控制芯片连接；所述离心瓶、所述摄像组件以及所述吸液组件连接于所述支架上；通过所述摄像组件拍摄所述离心瓶的照片，由所述视觉控制器进行照片分析后获取液体分层位置信息，将液体分层位置信息发送至所述控制芯片，由所述控制芯片驱动所述吸液组件进行所述离心瓶内上层清液的吸取操作。

2.根据权利要求1所述的一种吸液机构，其特征在于，所述摄像组件包括摄像机以及光源，所述摄像机置于所述离心瓶的一侧，所述光源置于所述离心瓶的一侧。

3.根据权利要求2所述的一种吸液机构，其特征在于，所述吸液组件包括移动结构、蠕动泵以及吸液管，所述蠕动泵连接于所述移动结构上，所述吸液管与所述蠕动泵连接，所述离心管置于所述蠕动泵的下方。

4.根据权利要求3所述的一种吸液机构，其特征在于，所述移动结构包括伺服模组，所述伺服模组连接于所述支架上，所述伺服模组上连接有滑板安装板，所述吸液管连接于所述滑板安装板上。

5.根据权利要求4所述的一种吸液机构，其特征在于，所述滑板安装板的上方连接有吸液管安装板，所述吸液管安装板上设有固定部件，所述吸液管插设在所述吸液管安装板上。

6.根据权利要求4所述的一种吸液机构，其特征在于，所述伺服模组通过模组安装架连接于所述支架上。

7.根据权利要求2所述的一种吸液机构，其特征在于，所述光源通过光源固定架连接于所述支架上。

8.根据权利要求3至6任一项所述的一种吸液机构，其特征在于，还包括用于存储上层清液的集液袋，所述集液袋通过集液袋固定架连接于所述支架上，且所述集液袋通过出液管与所述蠕动泵连接。

9.一种吸液机构的工作方法，其特征在于，包括：

通过摄像组件拍摄离心瓶的照片，由视觉控制器进行照片分析后获取液体分层位置信息，将液体分层位置信息发送至控制芯片，由控制芯片驱动吸液组件进行所述离心瓶内上层清液的吸取操作。

10.根据权利要求9所述的一种吸液机构的工作方法，其特征在于，所述由视觉控制器进行照片分析后获取液体分层位置信息中，包括：

视觉控制器将照片进行灰度化处理，以得到灰度图像；

对所述灰度图像进行高斯滤波，以得到去噪图像；

对所述去噪图像进行计算梯度值和方向，以得到带梯度值的图像；

对带梯度值的图像进行非极大值抑制、选取双阈值以及边缘检测，以得到液体分层位置信息。