CN111592986B - 一种智能培养及远程观察培养装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种智能培养及远程观察培养装置和方法，包括培养箱、机械手、物架、培养皿存取平台、观察平台、显微镜、图像采集装置、检测装置、环境调节装置、控制单元和智能终端；培养皿存取平台、观察平台和多个物架在培养箱内呈圆弧形排列，机械安装在圆弧的圆心位置；物架上设有多排隔板；显微镜倒置安装在观察平台的下方，通过移动对焦机构进行培养皿的移动和显微镜的调焦；控制单元分别与机械手、图像采集装置、检测装置、环境调节装置和智能终端连接。本发明使得细胞培养过程不被中断，同时能及时观察细胞，利用智能终端实现对培养目标观察，提高观察的效率和精准度，减少培养结果被人为影响，减少机电设备对细胞培养环境的影响。

Description

一种智能培养及远程观察培养装置和方法
技术领域
本发明属于细胞培养技术领域，尤其涉及一种智能培养及远程观察培养装置和方法。
背景技术
目前细胞培养设备，都是简单的功能实现设备，自动化和智能化程度低，基本是分离设备，很多环节都需要人为参与或者完全人工实现。不能同时实现培养箱内温度、湿度、气体浓度的控制以及细胞培养状态远程观察，操作人员在培养过程中要不定期的打开培养箱舱门，拿出培养皿，对培养目标进行转移，进而观察，再做出人为分析，再放回原培养箱，进而重复前面动作，直至细胞生长达到目标。这个操作流程繁琐，降低了操作人员的工作效率，且会大大破坏细胞理想的生长环境，不仅造成操作人员想要看的细胞生长环境遭到破坏，也同时破坏了培养箱内其他细胞的生长环境。细胞被取出后在不适合细胞生长的环境中被运送至显微镜观察处，要经过调焦、观察、移动、观察、对比等复杂的流程，才能完成操作流程，但是这个过程时间漫长，并且环境却只是普通的环境，对细胞的生长造成不可预知的影响。同时不同操作人员的不同时间空间观念会不同程度的影响细胞生长，从而破坏了细胞培养的一致性，对培养目标的培养结果产生偏离理想状态的影响。
目前细胞培养设备多以箱式结构为主，干细胞培养皿的存放数量有限，培养皿在每层随意堆砌，没有明确的位置，不能识别培养皿大小的类别，不能适应细胞培养的自动化。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供一种智能培养及远程观察培养装置和方法。本发明箱体内设有多个培养皿存放的物架，物架设计成圆弧形排列方式，机械手位于圆弧的中心位置，物架每个隔板均设有检测装置用于检测隔板上是否有培养皿，并识别培养皿的大小规格，检测装置将检测的信息上传控制单元，可以实现细胞培养皿的批量存储，细胞培养皿的精准存取，以及细胞的跟踪，适应细胞培养的自动化，并降低制造成本，减少制造流程，减少机电设备对细胞培养环境的影响。本发明使得细胞培养过程不被中断，同时能及时观察细胞，进行科学记录，可以让操作人员利用智能终端实现对培养目标进行观察，对显微镜进行调焦，减少操作人员的工作流程，提高观察的效率和精准度，减少培养结果被人为影响，提高培养结果的一致性，降低培养操作人员的工作，使得细胞在生长和观察阶段的生长环境不被破坏，增强了细胞健康成长的可能性。
本发明的技术方案是：一种智能培养及远程观察装置，包括培养箱、机械手、物架、培养皿存取平台、观察平台、显微镜、图像采集装置、检测装置、环境调节装置、控制单元和智能终端；所述培养箱内设有培养皿存取平台、观察平台和多个物架，所述培养皿存取平台、观察平台和多个物架在培养箱内呈圆弧形排列，所述机械手安装在圆弧的圆心位置；所述物架上设有多排用于培养皿存放的隔板；所述观察平台上设有通孔，所述显微镜倒置安装在通孔的下方，通过移动对焦机构进行培养皿的移动和显微镜的调焦；所述图像采集装置与显微镜连接用于采集显微镜观察的培养皿的图像；所述检测装置用于检测隔板上是否有培养皿以及培养皿的大小规格，所述环境调节装置用于调节培养箱内的环境；所述控制单元分别与机械手、图像采集装置、检测装置、环境调节装置和智能终端连接。
上述方案中，所述培养皿存取平台上设有二维码读码器，所述二维码读码器用于读取培养皿的二维码；所述控制单元与二维码读码器连接。
上述方案中，还包括对焦机构；所述对焦机构包括水平方向调节平台和调焦装置；所述水平方向调节平台安装在观察平台上，培养皿置于水平方向调节平台上、且位于通孔上方，调焦装置与显微镜的镜头连接，用于调节镜头的焦距；所述控制单元分别与水平方向调节平台和调焦装置连接。
进一步的，所述水平方向调节平台包括第一步进电机模组、第二步进电机模组、上台面、中台面和第一底板；所述上台面、中台面和第一底板从上至下依次叠加安装，上台面与中台面滑动连接，所述中台面与第一底板滑动连接，第一底板与观察平台连接；上台面、中台面和第一底板中间均设有连通的通槽，通槽与通孔位置对应且相通；所述第一步进电机模组和第二步进电机模组安装在第一底板上，所述第一进电机模组与上台面连接，驱动上台面沿X轴方向运动，所述第二步进电机模组与中台面连接，驱动中台面沿Y轴方向运动。
进一步的，所述调焦装置包括电机、联轴器、第二滑块、丝杆和第二底板；所述电机、联轴器和第二滑块分别安装在第二底板上；所述电机通过联轴器与第二滑块连接，丝杆的一端与滑块连接，丝杆的另一端与物镜连接，电机驱动第二滑块滑动，通过丝杆带动物镜沿Z轴方向运动。
上述方案中，所述显微镜通过镜头弯接筒倒置安装在通孔的下方；所述镜头弯接筒包括物镜接口、目镜接口和反光镜；所述物镜接口和目镜接口垂直布置，所述反光镜与物镜接口和目镜接口分别呈45度角布置，反光镜将物镜接口的光反射到目镜接口。
上述方案中，还包括照明装置；所述照明装置安装在观察平台上方。
上述方案中，所述检测装置包括第一传感器、第二传感器和第三传感器；所述第一传感器、第二传感器和第三传感器安装在隔板的底部、且在隔板底部从内向外依次布置；所述控制单元分别与第一传感器、第二传感器和第三传感器连接。
上述方案中，所述环境调节装置包括温度传感器、湿度传感器、指定气体浓度传感器、加热装置、降温装置、指定气体供气罐和水槽；
所述温度传感器用于检测培养箱内的温度；所述湿度传感器用于检测培养箱内的湿度；所述指定气体传感器用于检测培养箱内指定气体浓度；所述温度传感器、湿度传感器、指定气体传感器、加热装置、降温装置和指定气体供气罐分别与控制单元连接。
一种根据所述智能培养及远程观察装置的控制方法，包括以下步骤：
所述环境调节装置采集培养箱内的温度、湿度和指定气体浓度信息，并传递给控制单元，所述控制单元根据温度、湿度和指定气体浓度信息控制加热装置、降温装置和指定气体供气罐工作调节培养箱内的环境；
所述培养皿存取平台读取进入培养箱的培养皿二维码，控制单元对该培养皿进行编码，对其进行位置分配，控制机械手夹取培养皿放到指定的隔板，该隔板上的检测装置检测该培养皿的大小规格，并将检测的信息发送到控制单元；
所述控制单元记录培养皿的培养时间，并在设定时间控制机械手夹取指定的培养皿放置观察平台上，通过移动对焦机构进行培养皿的移动和显微镜的调焦，对焦完毕后所述图像采集装置采集显微镜观察的培养皿的图像，并传送到控制单元，图像采集完毕后机械手将培养皿送回存放的隔板，控制单元对采集的图像进行分析，并将结果传送到智能终端。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.本发明培养机构和观察机构在同一个培养装置内，可以实现细胞培养过程不被中断，保证培养目标的无人为干扰的生长，同时能及时观察细胞，进行科学记录，可以让操作人员利用智能终端实现对培养目标进行观察，对显微镜进行调焦以及观察视野移动，对培养结果实时分析，减少操作人员的工作流程，提高观察的精准度，减少培养结果被人为影响。
2.本发明箱体内设有多个培养皿存放的物架，物架设计成圆弧形排列方式，机械手位于圆弧的中心位置，物架每个隔板均设有检测装置用于检测隔板上是否有培养皿，并识别培养皿的大小规格，检测装置将检测的信息上传控制单元，本发明可以实现细胞培养皿的批量存储，细胞培养皿的精准存取，以及细胞的跟踪，适应细胞培养的自动化，并降低制造成本，减少制造流程，减少机电设备对细胞培养环境的影响。
3.本发明可以建造和维持培养装置内部的温度、湿度、指定气体浓度的控制，保持基本环境的稳定。
附图说明
图1是本发明一实施方式的培养装置示意图；
图2是本发明一实施方式的培养装置内部示意图；
图3是本实用新型一实施方式的培养皿存取平台示意图；
图4是本实用新型一实施方式的物架结构示意图；
图5是本实用新型一实施方式的隔板示意图；
图6是本实用新型一实施方式的小型培养皿检测示意图；
图7是本实用新型一实施方式的中型培养皿检测示意图；
图8是本实用新型一实施方式的大型培养皿检测示意图；
图9是本实用新型一实施方式的机械手打开状态示意图；
图10是本实用新型一实施方式的机械手抓取培养皿示意图；
图11是本实用新型一实施方式的水平方向调节平台结构示意图；
图12是本实用新型一实施方式的调焦装置结构示意图，其中图12(a)为俯视图，图12(b)为侧视图，图12(c)为正视图，图12(d)为立体图；
图13是本实用新型一实施方式的镜头弯接筒结构示意图；
图14是本实用新型一实施方式的人体环境模拟调节框图；
图15是本实用新型一实施方式的机械手控制框图；
图16是本实用新型一实施方式的显微镜观察控制框图；
图17是本实用新型一实施方式的图像采集分析框图。
图中：1.培养箱；2.机械手；3.水平方向调节平台；301.第一步进电机模组；302.第二步进电机模组；303.上台面；304.中台面；305.第一底板；306.第一滑块；307.轨道；308.通槽；4.观察平台；5.通孔；6.物架；7.培养皿存取平台；8.二维码读码器；9.调焦装置；901.电机；902.联轴器；903.第二滑块；904.丝杆；905.第二底板；10.镜头弯接筒；1001.物镜接口；1002.目镜接口；1003.反光镜；11.照明装置；12.水槽；13.隔板；14.第一传感器；15.第二传感器；16.第三传感器；17.第一缺口；18.上爪；19.下爪；20.小型培养皿；21.中型培养皿；22.大型培养皿；23.第二缺口。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
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”、“轴向”、“径向”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。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。
图1和2所示为所述一种智能培养及远程观察装置的一种较佳实施方式，所述智能培养及远程观察装置，包括培养箱1、机械手2、物架6、培养皿存取平台7、观察平台4、显微镜、图像采集装置、检测装置、环境调节装置、控制单元和智能终端。所述控制单元分别与机械手2、图像采集装置、检测装置、环境调节装置和智能终端连接。所述智能终端为移动终端或者显示屏。
所述培养箱1内设有培养皿存取平台7、观察平台4和多个物架6，所述培养皿存取平台7、观察平台4和多个物架6在培养箱1内呈圆弧形排列，所述机械手2安装在圆弧的圆心位置，这种布置方式保证了圆弧上的平台和物架6，到达机械手2的距离都是相同的，保证机械手2都能以同样的动作存取培养皿。所述机械手2的底部与培养箱1的底部连接；如图3所示，所述培养皿存取平台7上设有便于机械手2抓取培养皿的第二缺口23，所述培养皿存取平台7上设有二维码读码器8，所述二维码读码器8用于读取培养皿的二维码；所述控制单元与二维码读码器8连接。
如图4所示，所述物架6上设有多排用于培养皿存放的隔板13；所述检测装置用于检测隔板13上是否有培养皿以及培养皿的大小规格，所述检测装置包括第一传感器14、第二传感器15和第三传感器16；所述第一传感器14、第二传感器15和第三传感器16安装在隔板13的底部、且在隔板13底部从内向外依次布置；所述控制单元分别与第一传感器14、第二传感器15和第三传感器16连接。根据本实施例优选的，所述第一传感器14、第二传感器15和第三传感器16为弹力传感器。
所述隔板13的底部设有传感器的存放位置，如图5所示，A、B、C的位置分别为第一传感器14、第二传感器15和第三传感器16的位置，D、E、F的位置分别为小型培养皿20、中型培养皿21、大型培养皿22的外边缘位置，所述隔板13上还设有便于机械手2抓取培养皿的第一缺口17，图5中的H部分为第一缺口17的位置，为预留给机械手2进行抓取的空间。
所述弹力传感器检测隔板13上是否有培养皿以及培养皿的大小规格信息，每个隔板13上的三个弹力传感器的位置编码相同，如果该位置为空，那么弹力传感器的弹片正常弹起，该位置不能通电，电信号上传状态为0；如果该位置有培养皿放入，那么弹力传感器的弹片被压下，该位置通电，电信号上传为1，控制单元判断该位置隔板13有培养皿。如果仅有A的位置被压下，那么判断该培养皿为小型培养皿如图6所示；如果A、B同时被压下，那么该培养皿为中型培养皿如图7所示；如果ABC三点同时被压下，那么该培养皿为大型培养皿如图8所示。根据ABC的状态进行判断，并将信号上传至控制单元。
所述物架6的高度一致，数量可以为8-15列，那么每层8-15个培养皿，结合图4，层位置标注方式为X，列的位置标注为Y，层和列的位置标注方式按16进制的标注方式，为1-F。比如第5列则标志为5X；第一层则标注为1Y。瓶型的大小，按照大型large、中型middle、小型small各取第一个字母的方式作为瓶型大小的标注符号空置为E，系统判断出该位置的瓶型为中型，则标注为M,那么该位置的整体信息则为5X1YM第5列第1层中型。本发明存储排列方式简便，易安装，成本大幅度降低，命名方式方便易懂，符合科学命名逻辑，自动化设备的实现提供准确的信息位置，为实现自动培养提供技术支持。
如图9和10所示，根据本实施例优选的，所述机械手2包括上爪18和下爪19；所述上爪18和下爪19的抓取面为平面；所述第一缺口17的尺寸与上爪18和下爪19匹配。所述机械手2可以根据控制单元CPU给出的信号，将培养皿存放至准确的位置，并从指定位置将培养皿取走。所述机械手2的安装，为保证机械手2在同一个XY平面到达每个培养皿的位置都是相同的，机械手2安放位置为物架6所在的圆的圆心位置。机械手2的底部与培养箱1底部用五金螺丝固定。机械手2抓取培养皿，用上爪18和下爪19形成夹的动作，上爪18从培养皿的上面往下运动到达培养皿的顶部，下爪19从培养皿的底部，即H的位置进入到达培养皿的底部，实现对培养皿的抓的存取动作。如图15所示，操作人员通过控制单元的机械手控制功能模块发出指令，机械手2按照指令进行动作，实现培养皿的定位存取，机械手动作反馈模块对机械手2的动作执行结果进行监控并将结果反馈给机械手控制功能模块，实现控制闭环。
所述物架6整体垂直于培养箱1底部，用固定螺丝进行固定。所述物架6每层隔板13的高度应该适合机械手2进行抓取，优选的，高度为8-12CM。
如图2、11和12所示，所述观察平台4上设有通孔5，所述显微镜倒置安装在通孔5的下方，通过移动对焦机构进行培养皿的移动和显微镜的调焦。优选的，所述移动对焦机构包括水平方向调节平台3和调焦装置9；所述水平方向调节平台3安装在观察平台4上，培养皿置于水平方向调节平台3上、且位于通孔5上方，调焦装置9与显微镜的镜头连接，用于调节镜头的焦距；所述控制单元分别与水平方向调节平台3和调焦装置9连接。优选的，所述显微镜为数码显微镜，镜头向上观察，显微镜可通过水平方向调节平台3和调焦装置9实现自动视野的移动和对焦。
如图11所示，根据本实施例优选的，所述水平方向调节平台3包括第一步进电机模组301、第二步进电机模组302、上台面303、中台面304、第一底板305、第一滑块306和轨道307；所述上台面303、中台面304和第一底板305从上至下依次叠加安装，上台面303通过第一滑块306与中台面304连接，所述中台面304通过轨道307与第一底板305连接，第一底板305与观察平台1连接；上台面303、中台面304和第一底板305中间均设有连通的通槽308，通槽308与通孔5位置对应且相通；所述第一步进电机模组301和第二步进电机模组302安装在第一底板305上，所述第一进电机模组301与上台面303连接，驱动上台面303沿X轴方向运动，所述第二步进电机模组302与中台面304连接，驱动中台面304沿Y轴方向运动。
如图12(a)、(b)、(c)、(d)所示，根据本实施例优选的，所述调焦装置9包括电机901、联轴器902、第二滑块903、丝杆904和第二底板905；所述电机901、联轴器902和第二滑块903分别安装在第二底板905上；第二底板905与细胞培养箱2连接。所述电机901通过联轴器902与第二滑块903连接，丝杆904的一端与滑块903连接，丝杆904的另一端与物镜连接，电机901驱动第二滑块903滑动通过丝杆904带动物镜沿Z轴方向运动。
根据本实施例优选的，采用分布式控制方式分别对X、Y、Z轴的电机发送STEP脉冲信号进行控制。水平方向调节平台3使得培养皿在X、Y轴平面运动，实现观察目标的位移，调焦装置9在Z轴方向带动显微镜镜头上下移动，实现显微镜镜头调焦。XYZ轴的控制精度达到0.2uM，达到目前最精准的调焦控制。XYZ轴的调整方式有两种，一种是微调，电机的调整幅度为每步0.2uM；一种是粗调，电机每次动作的步距为0.5CM。微调可以实现连续精准的观察，粗调在操作上提高了速度，两种调整方式的结合既能实现观察的精度，也能提高观察的效率。控制单元根据智能终端的指令驱动XY轴在水平方向移动培养皿确定观察目标，同时根据实际成像效果调整Z轴，实现显微镜焦点调整，保证显微镜高清晰度拍照和观察。对培养目标观察的调焦轨道部分，设置X、Y轴方向可移动，对观察目标进行平面移动，设置Z轴，对观察目标进行上下移动，通过控制单元进行控制，进而实现对观察目标的移动，实现显微镜的精准观察，如图16所示。
所述显微镜通过镜头弯接筒10倒置安装在通孔5的下方；所述镜头弯接筒10包括物镜接口1001、目镜接口1002和反光镜1003；所述物镜接口1001和目镜接口1002垂直布置，所述反光镜1003与物镜接口1001和目镜接口1002分别呈45度角布置，反光镜1003将物镜接口1001的光反射到目镜接口1002。镜头弯接筒10采用一体化密封式设计，节省了空间，客观上起到了防尘的作用。改造后的显微镜放置到培养箱1内部，使用配置好的工业相机对培养目标进行拍照和录像；工业相机可以通过HDMI、USB、RS485等数据传输方式将图像数据上传至控制单元。
所述图像采集装置与显微镜连接用于采集显微镜观察的培养皿的图像；优选的，所述图像采集装置为工业相机。
根据本实施例优选的，还包括照明装置11；所述照明装置11安装在观察平台1上方。所述照明装置11为LED灯，LED灯从上向下打光，防水防尘，提供稳定的流明；所述LED灯还能够调节颜色及亮度，满足不同细胞状态的观察要求。
所述环境调节装置用于调节培养箱1内的环境，可以模拟人体的温度、湿度和指定气体浓度的环境。优选的，所述指定气体为CO2。所述环境调节装置包括温度传感器、湿度传感器、CO2传感器、加热装置、降温装置、CO2供气罐和水槽12；所述温度传感器用于检测培养箱1内的温度；所述湿度传感器用于检测培养箱1内的湿度；所述CO2传感器用于检测培养箱1内CO2浓度；所述温度传感器、湿度传感器、CO2传感器、加热装置、降温装置和CO2供气罐分别与控制单元连接。优选的，所述加热装置为贴在培养箱1的电热丝；所述降温装置为风扇；所述CO2供气罐上设有气阀；所述水槽12放置在培养箱1内，优选的，4个水槽12，提供稳定的湿度条件。
优选的，所述培养箱1采用钣金外壳，不锈钢内衬，不锈钢内衬，隔离外界环境，为稳定的环境条件提供保障；外壳和内衬之间布置隔热材料和电热丝，内衬里为细胞培养室，培养箱1设有封闭的玻璃门，其中取放培养皿处开上下提拉窗，最外层为双开门，最上层为人机交互的显示屏，设备尺寸：1000mm*1000mm*1000mm。人机交互显示屏，实时显示环境参数：温度，湿度，CO2浓度，可调取每个培养瓶的信息：包含细胞类型，培养时长，培养倒计时以及显微镜观察照片。
一种根据所述智能培养及远程观察装置的控制方法，包括以下步骤：
所述环境调节装置采集培养箱1内的温度、湿度和CO2浓度信息，并传递给控制单元，所述控制单元根据温度、湿度和CO2浓度信息控制加热装置、降温装置和CO2供气罐工作调节培养箱1内的环境。
结合图14具体的，所述环境调节装置进行人体环境模拟控制的方法如下：
利用所述温度传感器测量培养箱1内环境温度信息，通过AD转换变成数字信号，控制单元采集温度数字信号，根据实际温度发出调节指令，若温度高于37度，则打开风扇，进行降温；若温度低于37度，则启动贴在箱体的电热丝开始加温；从而实现温度调节的功能。
利用所述CO2传感器测量培养箱1内环境CO2浓度，通过AD转换变成数字信号，控制单元接收CO2浓度数字信号，控制单元根据测得浓度发出指令；若CO2浓度低于5％，则打开与CO2供气罐相连的气阀，打开气阀，输入CO2，实现调节CO2浓度功能；若CO2浓度高于5％，则打开风扇，实现通风，降低CO2浓度。
利用所述湿度传感器对培养箱1内环境湿度进行检测，通过AD转换变成数字信号，控制单元接收湿度数字信号，控制单元根据测量结果，打开水槽12，能维持正常的湿度，如果湿度过大通过电热丝和风扇降低湿度，实现湿度调整。
所述控制单元可将环境信息传送到智能终端的人机交互界面显示屏，可进行显示和调整；保持基本环境的稳定。所述智能终端可以为显示屏，培养箱1外部可以设置15英寸显示屏，屏幕设置控制按钮和触摸按钮；所述显示屏为高清显示屏，可以显示显微镜实时观察到的景象；可以在显示屏屏幕指定位置进行显示分析结果，同时可以通过屏幕触摸按钮进行工作环境的设置。结合图17，所述智能终端也可以为移动设备，优选的，可以在移动设备上设置APP，APP控制功能实现人机交流：通过WIFI移动互联网，将智能终端比如手机和培养箱1进行通讯，在智能终端显示通过图像采集装置采集的显微镜观察的实时景象，在指定菜单显示分析结果，指定按钮对显微镜观测目标进行移动，调整显微镜焦距，对箱体内部环境实现控制。
所述培养皿存取平台7的二维码读码器8读取进入培养箱1的培养皿二维码，控制单元对该培养皿进行编码，从人机交互界面采集控制信息，对其进行位置分配，并对机械手2发布动作指令，控制机械手2夹取培养皿放到指定的隔板13；该隔板13上的检测装置检测该培养皿的大小规格，并将检测的信息发送到控制单元；所述二维码读码器8也读取输出培养箱1的培养皿的二维码并传递给控制单元，控制单元对输出的培养皿的编码清除信息。
所述控制单元记录培养皿的培养时间，并在设定时间控制机械手2夹取指定的培养皿放置观察平台4上，显微镜通过对焦机构进行对焦，对焦完毕后所述图像采集装置采集显微镜观察的培养皿的图像，并传送到控制单元，图像采集完毕后机械手2将培养皿送回存放的隔板13，控制单元对采集的图像进行分析，并将结果传送到智能终端。
控制单元对图像采集装置采集的观察图像进行分析，计算当前图像中的细胞的活性，融合度。利用荧光染色法，在显微镜上加绿光镜片，计算活细胞和死细胞的数量；活性分析公式为：活细胞/(活细胞+死细胞)＝活性比例。控制单元对视野中活细胞长满的面积占整个培养面积的比例进行计算，细胞生存面积/总面积＝融合度，得出当前细胞状态的融合度。控制单元将分析所得信息存储到与该培养皿相关的指定文件夹，同时可以将图像和分析结果送至智能终端的显示屏，实现人机交互，也可以通过WIFI连接互联网，将数据发送至智能终端的APP软件。
本发明的具体操作方法如下：培养皿先放置在培养皿存取平台7上，二维码读码器8读取培养皿的二维码，并传送到控制单元，控制单元控制机械手4夹取培养皿放置到指定的位置，控制单元通过WIFI连接互联网等方式将数据传送到智能终端，智能终端可以为手机等移动终端和可以为人机交互显示屏。当需要对指定位置的培养皿进行观察时，可以通过智能终端控制机械手2夹取指定的培养皿，放置到观察平台4，显微镜向上观察细胞增殖状态，可通过水平方向调节平台3调节培养皿在X轴和Y轴的位置，通过调焦装置9调节物镜的焦距，并通过图像采集装置采集细胞状态图像，传递到控制单元，控制单元将数据传送到智能终端。本实用新型使得细胞培养过程不被中断，保证培养目标的无人为干扰的生长，同时能及时观察细胞，进行科学记录，可以让操作人员利用智能终端实现对培养目标进行观察，对显微镜进行调焦，可以通过控制单元控制机械手实现指定培养皿的观察，减少操作人员的工作流程，提高观察的精准度，减少培养结果被人为影响。
本发明建造完整的培养环境，可以建造在人体模拟环境下的观察环境，通过控制单元控制机械手2，实现对细胞培养皿的存取，并运送培养皿至观察平台4，通过控制单元控制培养皿的XY轴移动，并控制物镜的Z轴实现自动对焦和视野移动，利用图像采集装置对培养细胞的生长过程实现数字化存储，利用无线互联网技术将以上过程实现远程控制，达到智能培养和远程观察细胞生长过程的目的。本发明使得细胞在生长和观察阶段的生长环境不被破坏，降低了操作人员的工作强度，减少了人为干预培养结果的机会，增强了细胞健康成长的可能性。
应当理解，虽然本说明书是按照各个实施例描述的，但并非每个实施例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。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施例的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施例或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种智能培养及远程观察装置，其特征在于，包括培养箱（1）、机械手（2）、物架（6）、培养皿存取平台（7）、观察平台（4）、显微镜、图像采集装置、检测装置、环境调节装置、控制单元和智能终端；
所述培养箱（1）内设有培养皿存取平台（7）、观察平台（4）和多个物架（6），所述培养皿存取平台（7）、观察平台（4）和多个物架（6）在培养箱（1）内呈圆弧形排列，所述机械手（2）安装在圆弧的圆心位置；所述物架（6）上设有多排用于培养皿存放的隔板（13）；所述观察平台（4）上设有通孔（5），所述显微镜倒置安装在通孔（5）的下方，通过移动对焦机构进行培养皿的移动和显微镜的调焦；所述图像采集装置与显微镜连接用于采集显微镜观察的培养皿的图像；所述检测装置用于检测隔板（13）上是否有培养皿以及培养皿的大小规格；所述环境调节装置用于调节培养箱（1）内的环境；所述控制单元分别与机械手（2）、图像采集装置、检测装置、环境调节装置和智能终端连接；
所述培养皿存取平台（7）上设有二维码读码器（8），所述二维码读码器（8）用于读取培养皿的二维码；所述控制单元与二维码读码器（8）连接；
所述培养皿存取平台（7）读取进入培养箱（1）的培养皿二维码，控制单元对该培养皿进行编码，对其进行位置分配，控制机械手（2）夹取培养皿放到指定的隔板（13），该隔板（13）上的检测装置检测该培养皿的大小规格，并将检测的信息发送到控制单元；
所述检测装置包括第一传感器（14）、第二传感器（15）和第三传感器（16）；所述第一传感器（14）、第二传感器（15）和第三传感器（16）安装在隔板（13）的底部、且在隔板（13）底部从内向外依次布置；所述控制单元分别与第一传感器（14）、第二传感器（15）和第三传感器（16）连接。
2.根据权利要求1所述的智能培养及远程观察装置，其特征在于，所述移动对焦机构包括水平方向调节平台（3）和调焦装置（9）；
所述水平方向调节平台（3）安装在观察平台（4）上，培养皿置于水平方向调节平台（3）上、且位于通孔（5）上方，调焦装置（9）与显微镜的镜头连接，用于调节镜头的焦距；
所述控制单元分别与水平方向调节平台（3）和调焦装置（9）连接。
3.根据权利要求2所述的智能培养及远程观察装置，其特征在于，所述水平方向调节平台（3）包括第一步进电机模组（301）、第二步进电机模组（302）、上台面（303）、中台面（304）和第一底板（305）；
所述上台面（303）、中台面（304）和底板（305）从上至下依次叠加安装，上台面（303）与中台面（304）滑动连接，所述中台面（304）与第一底板（305）滑动连接，第一底板（305）与观察平台（4）连接；上台面（303）、中台面（304）和第一底板（305）中间均设有连通的通槽（308），通槽（308）与通孔（5）位置对应且相通；
所述第一步进电机模组（301）和第二步进电机模组（302）安装在第一底板（305）上，所述第一步进电机模组（301）与上台面（303）连接，驱动上台面（303）沿X轴方向运动，所述第二步进电机模组（302）与中台面（304）连接，驱动中台面（304）沿Y轴方向运动。
4.根据权利要求2所述的智能培养及远程观察装置，其特征在于，所述调焦装置（9）包括电机（901）、联轴器（902）、第二滑块（903）、丝杆（904）和第二底板（905）；
所述电机（901）、联轴器（902）和第二滑块（903）分别安装在第二底板（905）上；所述电机（901）通过联轴器（902）与第二滑块（903）连接，丝杆（904）的一端与滑块（903）连接，丝杆（904）的另一端与物镜连接，电机（901）驱动第二滑块（903）滑动，通过丝杆（904）带动物镜沿Z轴方向运动。
5.根据权利要求1所述的智能培养及远程观察装置，其特征在于，所述显微镜通过镜头弯接筒（10）倒置安装在通孔（5）的下方；
所述镜头弯接筒（10）包括物镜接口（1001）、目镜接口（1002）和反光镜（1003）；所述物镜接口（1001）和目镜接口（1002）垂直布置，所述反光镜（1003）与物镜接口（1001）和目镜接口（1002）分别呈45度角布置，反光镜（1003）将物镜接口（1001）的光反射到目镜接口（1002）。
6.根据权利要求1所述的智能培养及远程观察装置，其特征在于，还包括照明装置（11）；所述照明装置（11）安装在观察平台（4）上方。
7.根据权利要求1所述的智能培养及远程观察装置，其特征在于，所述环境调节装置包括温度传感器、湿度传感器、指定气体浓度传感器、加热装置、降温装置、指定气体供气罐和水槽（12）；
所述温度传感器用于检测培养箱（1）内的温度；所述湿度传感器用于检测培养箱（1）内的湿度；所述指定气体浓度传感器用于检测培养箱（1）内指定气体浓度；所述温度传感器、湿度传感器、指定气体浓度传感器、加热装置、降温装置和指定气体供气罐分别与控制单元连接。
8.一种根据权利要求1-7任意一项所述智能培养及远程观察装置的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
所述环境调节装置采集培养箱（1）内的温度、湿度和指定气体浓度信息，并传递给控制单元，所述控制单元根据温度、湿度和指定气体浓度信息控制加热装置、降温装置和指定气体供气罐工作调节培养箱（1）内的环境；
所述培养皿存取平台（7）读取进入培养箱（1）的培养皿二维码，控制单元对该培养皿进行编码，对其进行位置分配，控制机械手（2）夹取培养皿放到指定的隔板（13），该隔板（13）上的检测装置检测该培养皿的大小规格，并将检测的信息发送到控制单元；
所述控制单元记录培养皿的培养时间，并在设定时间控制机械手（2）夹取指定的培养皿放置观察平台（4）上，通过移动对焦机构进行培养皿的移动和显微镜的调焦，所述图像采集装置采集显微镜观察的培养皿的图像，并传送到控制单元，图像采集完毕后机械手（2）将培养皿送回存放的隔板（13），控制单元对采集的图像进行分析，并将结果传送到智能终端。
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