CN112892631B - 一种用于逐级稀释的移液枪辅助操作装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于逐级稀释的移液枪辅助操作装置包括基座、运动传送装置、溶液盘固定装置、移液枪夹持装置和按压装置；运动传送装置为两轴向传送装置，包括水平方向的Y轴直线运动组件和竖直方向的Z轴直线运动组件；溶液盘固定装置通过连接支架水平地固接在Z轴滑块的前端面上，用于支撑固定溶液盘；移液枪夹持装置固接在基座上，位于运动传送装置的前方，用于将移液枪夹持在溶液盘的上方；按压装置固接在夹持背板的上部，用于可控地按压移液枪的按钮。本发明结构简单，能够有效实现对移液枪和溶液盘的自动控制，对样品液体自动逐级稀释，以达到替代人工操作的目的。
Description
技术领域
本发明属于自动化技术领域，特别涉及一种用于逐级稀释的移液枪辅助操作装置。
背景技术
移液枪是一种用于定量转移液体的器具，其主要应用于临床诊断实验室、生物技术实验室、药学和化学实验室、环境实验室、食品实验室等。目前，多数机构仍采用传统的人工操作移液枪的方式进行试验品浓度的逐级稀释，此种操作方式对技术人员的操作规范要求比较高，且操作精度不稳定，耗时长，长期进行该操作对手指肌肉损伤也比较大，长时间进行此操作的工作人员往往有不可逆的关节损伤。市场上也有商品化的大型移液工作站来替代人为操作。但其体型较大，价格高昂，不适用于只做单一滴定实验且对移液枪数量有大批需求的机构。因此需要研发一款针对性强、结构简单、性价比高，且可替代人为操作，用于移液枪逐级稀释的辅助操作装置和系统。国内对于此类装备的研发仍处于相对空白的阶段。
发明内容
针对上述技术问题，本发明的目的是提供一种用于逐级稀释的移液枪辅助操作装置，其结构简单，能够有效实现对移液枪和溶液盘的自动控制，对样品液体自动逐级稀释，以达到替代人工操作的目的，解决实验人员长时间、频繁地使用大拇指按压移液枪控制按钮，容易导致大拇指关节疼痛的问题。
为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种用于逐级稀释的移液枪辅助操作装置，包括基座1、运动传送装置、溶液盘固定装置11、移液枪夹持装置和按压装置18。
所述运动传送装置为两轴向传送装置，包括水平方向的Y轴直线运动组件和竖直方向的Z轴直线运动组件。
所述Y轴直线运动组件包括Y轴直线运动底座29、Y轴步进电机2、Y轴联轴器3、Y轴滚珠丝杠4和Y轴滑块5；所述Z轴直线运动组件包括Z轴直线运动底座30、Z轴滑块7、Z轴滚珠丝杠8、Z轴联轴器9和Z轴步进电机10。
所述Y轴直线运动底座29水平地固接在基座1上，所述Y轴步进电机2固接在Y轴直线运动底座29的前端，所述Y轴滚珠丝杠4的前端通过Y轴联轴器3与Y轴步进电机2的动力输出轴连接，后端通过轴承安装在Y轴直线运动底座29的后端；所述Y轴滑块5安装在Y轴滚珠丝杠4上。
所述Z轴直线运动底座30沿竖直方向布置，其底端固接在Y轴滑块5的上端面上；所述Z轴步进电机10固接在Z轴直线运动底座30的顶端，Z轴滚珠丝杠8的上端通过Z轴联轴器9与Z轴步进电机10的动力输出轴连接，下端通过轴承安装在Z轴直线运动底座30的底端；所述Z轴滑块7安装在Z轴滚珠丝杠8上。
所述溶液盘固定装置11通过连接支架水平地固接在Z轴滑块7的前端面上，用于支撑固定溶液盘12。
所述移液枪夹持装置固接在基座1上，位于运动传送装置的前方，用于将移液枪14夹持在溶液盘12的上方。
所述按压装置18固接在夹持背板20的上部，用于可控地按压移液枪14的按钮。
所述溶液盘固定装置11包括支撑台34、第一X轴向滑块31、第二X轴向滑块32和Y轴向滑块33。
所述支撑台34上开设有X轴向滑轨35和Y轴向滑轨13，所述第一X轴向滑块31和第二X轴向滑块32可自由滑动地设置在X轴向滑轨35中，Y轴向滑块33能够自由滑动地设置在Y轴向滑轨13中；第一X轴向滑块31、第二X轴向滑块32和Y轴向滑块33的上端均设有一用于固定溶液盘12的凸起；第一X轴向滑块31、第二X轴向滑块32和Y轴向滑块33的中部均内嵌一能够沿滑块轴向移动的螺母23；所述支撑台34的X轴向滑轨35和Y轴向滑轨13的端口所在端均固接有一限位螺孔22，通过螺栓依次穿过限位螺孔22和对应的螺母23完成各滑块的固定。
所述移液枪夹持装置包括夹持背板20，以及分别设置在夹持背板20中部和下部的锁扣15和弹簧夹板21；所述锁扣15的一端通过铰接链条17安装在夹持背板20上，锁扣15能够以铰接链条17为转轴进行90度的翻转，用于固定移液枪14的手柄部位；所述弹簧夹板21设置在锁扣15的下方，用于固定移液枪14的枪头端。
所述弹簧夹板21的内侧设有第一硅胶垫24。
所述按压装置18包括按压装置壳体16、按压步进电机、导轨25、滚珠丝杠、滑台28、执行爪26和按压装置电源19。
所述按压装置壳体16固接在夹持背板20上，所述按压步进电机设置在按压装置壳体16内部，并与固接在夹持背板20上的按压装置电源19连接；所述导轨25和滚珠丝杠平行于移液枪14的轴线固接在按压装置壳体16上，所述滑台28能够滑动地安装在导轨25和滚珠丝杠上，所述按压步进电机的动力输出轴通过连轴器与滚珠丝杠连接；所述执行爪26固接在滑台28上，位于移液枪14的按钮的上方。
所述执行爪26的与移液枪14的按钮接触的下端面上设有第二硅胶垫27，第二硅胶垫27的表面带凹凸花纹。
所述移液枪辅助操作装置进一步包括控制器6，所述控制器6包括操控面板、单片机和驱动器；其中，操控面板与单片机连接，单片机通过驱动器分别与Y轴步进电机2、Z轴步进电机10和按压步进电机连接。
所述控制器6具有两种操作模式：自动模式和手动模式；
自动模式，自动启用单片机内置程序，能够同时控制运动传送装置的Y轴滑块5和Z轴滑块7移动，调整溶液盘12的位置，以及控制按压装置18的执行爪26按压移液枪14的按钮，实现对溶液盘12内液体的逐级稀释；
手动模式，通过操控面板分别控制运动传送装置的Y轴滑块5和Z轴滑块7移动，实现对与溶液盘12的位置的手动控制；通过控制按压装置18的执行爪26上下移动，实现移液枪14的手动控制。
所述控制器6具备一键自动回原点功能和自动计数功能；按下操控面板上的自动回原点按钮，溶液盘12回到运动前初位置；按压装置18的执行爪26每按压一次按钮，自动计数显示屏上数字+1。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、本发明中的移液枪夹持装置，弹簧夹板行程范围广，可满足多种规格多种品牌移液枪的装夹，可同时满足单通道和多通道移液枪的装夹
2、本发明中的溶液盘固定装置可实现X和Y方向的运动，调整与移液枪的相对位置，消除运动过程中产生的行程误差。
3、本发明中的溶液盘固定装置可实现X和Y方向的运动，可满足多规格溶液盘的固定。
4、本发明结构紧凑简单、重量轻、成本低、便于移动，适合多种场合的使用。
5、本发明中移液枪的固定，设置一个倾角，使枪头与溶液盘侧壁进行对正，防止溶液滴露过程产生的飞溅。
6、本发明通过对溶液盘运动和移液枪按钮按压动作的精准控制，可实现液体的自动逐级稀释。
附图说明
图1为本发明的用于逐级稀释的移液枪辅助操作装置的结构图示意；
图2a为本发明的溶液盘固定装置11的支撑台34的结构示意图；
图2b为本发明的溶液盘固定装置11的滑块的结构示意图；
图2c为本发明的溶液盘固定装置11支撑固定溶液盘12的状态示意图；
图3为本发明的移液枪固定装置的结构示意图；
图4为本发明的按压装置18的结构示意图；
图5为本发明的用于逐级稀释的移液枪辅助操作装置的工作流程图。
其中的附图标记为：
1 基座 2 Y轴步进电机
3 Y轴联轴器 4 Y轴滚珠丝杠
5 Y轴滑块 6 控制器
7 Z轴滑块 8 Z轴滚珠丝杠
9 Z轴联轴器 10 Z轴步进电机
11 溶液盘固定装置 12 溶液盘
13 Y轴向滑轨 14 移液枪
15 锁扣 16 按压装置壳体
17 铰接链条 18 按压装置
19 按压装置电源 20 夹持背板
21 弹簧夹板 22 限位螺孔
23 螺母 24 第一硅胶垫
25 导轨 26 执行爪
27 第二硅胶垫 28 滑台
29 Y轴直线运动底座 30 Z轴直线运动底座
31 第一X轴向滑块 32 第二X轴向滑块
33 Y轴向滑块 34 支撑台
35 X轴向滑轨
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行进一步说明。
参照图1到图3所示，本发明的一种用于逐级稀释的移液枪辅助操作装置，包括基座1、运动传送装置、溶液盘固定装置11、移液枪夹持装置、按压装置18和控制器6。
所述运动传送装置为两轴向传送装置，包括水平方向的Y轴直线运动组件和竖直方向的Z轴直线运动组件。
如图1所示，所述Y轴直线运动组件包括Y轴直线运动底座29、Y轴步进电机2、Y轴联轴器3、Y轴滚珠丝杠4和Y轴滑块5；所述Z轴直线运动组件包括Z轴直线运动底座30、Z轴滑块7、Z轴滚珠丝杠8、Z轴联轴器9和Z轴步进电机10。
所述Y轴直线运动底座29水平地固接在基座1上，所述Y轴步进电机2固接在Y轴直线运动底座29的前端，所述Y轴滚珠丝杠4的前端通过Y轴联轴器3与Y轴步进电机2的动力输出轴连接，后端通过轴承安装在Y轴直线运动底座29的后端。所述Y轴滑块5安装在Y轴滚珠丝杠4上，在Y轴步进电机2的驱动下沿Y轴滚珠丝杠4的轴线移动。
所述Z轴直线运动底座30沿竖直方向布置，其底端固接在Y轴滑块5的上端面上；所述Z轴步进电机10固接在Z轴直线运动底座30的顶端，Z轴滚珠丝杠8的上端通过Z轴联轴器9与Z轴步进电机10的动力输出轴连接，下端通过轴承安装在Z轴直线运动底座30的底端。所述Z轴滑块7安装在Z轴滚珠丝杠8上，在Z轴步进电机10的驱动下沿Z轴滚珠丝杠8的轴线移动。
所述溶液盘固定装置11通过连接支架水平地固接在Z轴滑块7的前端面上，用于支撑固定溶液盘12。
如图2a、图2b和图2c所示，所述溶液盘固定装置11包括支撑台34、第一X轴向滑块31、第二X轴向滑块32和Y轴向滑块33。
所述支撑台34上开设有X轴向滑轨35和Y轴向滑轨13，所述第一X轴向滑块31和第二X轴向滑块32可自由滑动地设置在X轴向滑轨35中，Y轴向滑块33可自由滑动地设置在Y轴向滑轨13中；如图2b所示，第一X轴向滑块31、第二X轴向滑块32和Y轴向滑块33的上端均设有一用于固定溶液盘12的凸起。第一X轴向滑块31、第二X轴向滑块32和Y轴向滑块33的中部均内嵌一能够沿滑块轴向移动的螺母23。所述支撑台34的X轴向滑轨35和Y轴向滑轨13的端口所在端均固接有一限位螺孔22，通过螺栓依次穿过限位螺孔22和对应的螺母23完成各滑块的固定。所述溶液盘固定装置，可以通过调节各滑块的位置，一方面实现溶液盘12在X轴和Y轴方向的移动，以消除控制过程中的运动误差，另一方面实现多规格型号的移液板的固定安装。
如图1和图3所示，所述移液枪夹持装置固接在基座1上，位于运动传送装置的前方，用于将移液枪14夹持在溶液盘12的上方。
所述移液枪夹持装置包括夹持背板20，以及分别设置在夹持背板20中部和下部的锁扣15和弹簧夹板21。所述锁扣15的一端通过铰接链条17安装在夹持背板20上，锁扣15能够以铰接链条17为转轴进行90度的翻转，用于固定移液枪14的手柄部位，方便移液枪14的拿取。所述弹簧夹板21设置在锁扣15的下方，用于固定移液枪14的枪头端，弹簧夹板21的行程覆盖大，可匹配多规格型号的移液枪14。
优选地，所述弹簧夹板21的内侧设有第一硅胶垫24。
如图1所示，所述按压装置18固接在夹持背板20的上部，用于可控地按压移液枪14的按钮。
如图4所示，所述按压装置18包括按压装置壳体16、按压步进电机、导轨25、滚珠丝杠、滑台28、执行爪26和按压装置电源19。
所述按压装置壳体16固接在夹持背板20上，所述按压步进电机设置在按压装置壳体16内部，并与固接在夹持背板20上的按压装置电源19连接。所述导轨25和滚珠丝杠平行于移液枪14的轴线固接在按压装置壳体16上，所述滑台28可滑动地安装在导轨25和滚珠丝杠上，所述按压步进电机的动力输出轴通过连轴器与滚珠丝杠连接。所述执行爪26固接在滑台28上，位于移液枪14的按钮的上方。通过控制按压步进电机带动滚珠丝杠旋转，从而带动滑台28沿导轨25上下运动，从而使执行爪26接触并按压或者释放移液枪14的按钮。
所述执行爪26的与移液枪14的按钮接触的下端面上设有第二硅胶垫27，第二硅胶垫27的表面带凹凸花纹。
所述控制器6包括操控面板、单片机和驱动器。其中，操控面板与单片机连接，单片机通过驱动器分别与Y轴步进电机2、Z轴步进电机10和按压步进电机连接。
所述控制器6具有两种操作模式：自动模式和手动模式。
自动模式，自动启用单片机内置程序，可同时控制运动传送装置的Y轴滑块5和Z轴滑块7移动，调整溶液盘12的位置，以及控制按压装置18的执行爪26按压移液枪14的按钮，实现对溶液盘12内液体的逐级稀释。
手动模式，通过操控面板分别控制运动传送装置的Y轴滑块5和Z轴滑块7移动，实现对与溶液盘12的位置的手动控制；通过控制按压装置18的执行爪26上下移动，实现移液枪14的手动控制。
所述控制器6具备一键自动回原点功能和自动计数功能。按下操控面板上的自动回原点按钮，溶液盘12回到运动前初位置。自动计数，按压装置18的执行爪26每按压一次按钮，自动计数显示屏上数字+1。
如图5所示，本发明的工作过程如下：
开始操作前，手动装卡溶液盘12：调节第一X轴向滑块31、第二X轴向滑块32和Y轴向滑块33的位置，使各滑块的凸起分别卡在溶液盘12的三边的凹槽处，三条螺栓分别穿过支撑台34上的限位螺孔22，与各滑块内的螺母23拧紧，固定各滑块的位置，进而固定溶液盘12的位置。手动装卡移液枪14：将移液枪14贴紧夹持背板20，移液枪14的手柄部位通过锁扣15固定，移液枪14的枪头端通过弹簧夹板21固定。按下操作面板的开始按扭，装置启动。按下自动控制按扭，单片机控制装置执行自动操作程序。移液枪14的枪头部分与溶液盘12的第一排自动对正，执行爪26按压移液枪按钮10-20次，完成此排液体的稀释。随后，Z轴直线运动组件带动溶液盘12向下移动10mm,Y轴直线运动组件带动溶液盘12向前移动，直至溶液盘12的下一排小孔与移液枪14的枪头端在Y方向对准。Z轴直线运动组件带动溶液盘12向上移动10mm，重复上述动作，执行爪26按压移液枪按钮10-20次，开始对第二排溶液盘中的溶液进行稀释。重复上述动作，直至完成整张溶液盘中所有液体的稀释。
Claims (4)
1.一种用于逐级稀释的移液枪辅助操作装置，其特征在于，包括基座(1)、运动传送装置、溶液盘固定装置(11)、移液枪夹持装置和按压装置(18)；
所述运动传送装置为两轴向传送装置，包括水平方向的Y轴直线运动组件和竖直方向的Z轴直线运动组件；
所述Y轴直线运动组件包括Y轴直线运动底座(29)、Y轴步进电机(2)、Y轴联轴器(3)、Y轴滚珠丝杠(4)和Y轴滑块(5)；所述Z轴直线运动组件包括Z轴直线运动底座(30)、Z轴滑块(7)、Z轴滚珠丝杠(8)、Z轴联轴器(9)和Z轴步进电机(10)；
所述Y轴直线运动底座(29)水平地固接在基座(1)上，所述Y轴步进电机(2)固接在Y轴直线运动底座(29)的前端，所述Y轴滚珠丝杠(4)的前端通过Y轴联轴器(3)与Y轴步进电机(2)的动力输出轴连接，后端通过轴承安装在Y轴直线运动底座(29)的后端；所述Y轴滑块(5)安装在Y轴滚珠丝杠(4)上；
所述Z轴直线运动底座(30)沿竖直方向布置，其底端固接在Y轴滑块(5)的上端面上；所述Z轴步进电机(10)固接在Z轴直线运动底座(30)的顶端，Z轴滚珠丝杠(8)的上端通过Z轴联轴器(9)与Z轴步进电机(10)的动力输出轴连接，下端通过轴承安装在Z轴直线运动底座(30)的底端；所述Z轴滑块(7)安装在Z轴滚珠丝杠(8)上；
所述溶液盘固定装置(11)通过连接支架水平地固接在Z轴滑块(7)的前端面上，用于支撑固定溶液盘(12)；
所述移液枪夹持装置固接在基座(1)上，位于运动传送装置的前方，用于将移液枪(14)夹持在溶液盘(12)的上方；
所述按压装置(18)固接在夹持背板(20)的上部，用于可控地按压移液枪(14)的按钮；
所述溶液盘固定装置(11)包括支撑台(34)、第一X轴向滑块(31)、第二X轴向滑块(32)和Y轴向滑块(33)；
所述支撑台(34)上开设有X轴向滑轨(35)和Y轴向滑轨(13)，所述第一X轴向滑块(31)和第二X轴向滑块(32)能够自由滑动地设置在X轴向滑轨(35)中，Y轴向滑块(33)能够自由滑动地设置在Y轴向滑轨(13)中；第一X轴向滑块(31)、第二X轴向滑块(32)和Y轴向滑块(33)的上端均设有一用于固定溶液盘(12)的凸起；第一X轴向滑块(31)、第二X轴向滑块(32)和Y轴向滑块(33)的中部均内嵌一能够沿滑块轴向移动的螺母(23)；所述支撑台(34)的X轴向滑轨(35)和Y轴向滑轨(13)的端口所在端均固接有一限位螺孔(22)，通过螺栓依次穿过限位螺孔(22)和对应的螺母(23)完成各滑块的固定；
所述移液枪夹持装置包括夹持背板(20)，以及分别设置在夹持背板(20)中部和下部的锁扣(15)和弹簧夹板(21)；所述锁扣(15)的一端通过铰接链条(17)安装在夹持背板(20)上，锁扣(15)能够以铰接链条(17)为转轴进行90度的翻转，用于固定移液枪(14)的手柄部位；所述弹簧夹板(21)设置在锁扣(15)的下方，用于固定移液枪(14)的枪头端；
所述按压装置(18)包括按压装置壳体(16)、按压步进电机、导轨(25)、滚珠丝杠、滑台(28)、执行爪(26)和按压装置电源(19)；
所述按压装置壳体(16)固接在夹持背板(20)上，所述按压步进电机设置在按压装置壳体(16)内部，并与固接在夹持背板(20)上的按压装置电源(19)连接；所述导轨(25)和滚珠丝杠平行于移液枪(14)的轴线固接在按压装置壳体(16)上，所述滑台(28)能够滑动地安装在导轨(25)和滚珠丝杠上，所述按压步进电机的动力输出轴通过连轴器与滚珠丝杠连接；所述执行爪(26)固接在滑台(28)上，位于移液枪(14)的按钮的上方；
所述移液枪辅助操作装置进一步包括控制器(6)，所述控制器(6)包括操控面板、单片机和驱动器；其中，操控面板与单片机连接，单片机通过驱动器分别与Y轴步进电机(2)、Z轴步进电机(10)和按压步进电机连接；
所述控制器(6)具有两种操作模式：自动模式和手动模式；
自动模式，自动启用单片机内置程序，能够同时控制运动传送装置的Y轴滑块(5)和Z轴滑块(7)移动，调整溶液盘(12)的位置，以及控制按压装置(18)的执行爪(26)按压移液枪(14)的按钮，实现对溶液盘(12)内液体的逐级稀释；
手动模式，通过操控面板分别控制运动传送装置的Y轴滑块(5)和Z轴滑块(7)移动，实现对与溶液盘(12)的位置的手动控制；通过控制按压装置(18)的执行爪(26)上下移动，实现移液枪(14)的手动控制。
2.根据权利要求1所述的用于逐级稀释的移液枪辅助操作装置，其特征在于，所述弹簧夹板(21)的内侧设有第一硅胶垫(24)。
3.根据权利要求1所述的用于逐级稀释的移液枪辅助操作装置，其特征在于，所述执行爪(26)的与移液枪(14)的按钮接触的下端面上设有第二硅胶垫(27)，第二硅胶垫(27)的表面带凹凸花纹。
4.根据权利要求1所述的用于逐级稀释的移液枪辅助操作装置，其特征在于，所述控制器(6)具备一键自动回原点功能和自动计数功能；按下操控面板上的自动回原点按钮，溶液盘(12)回到运动前初位置；按压装置(18)的执行爪(26)每按压一次按钮，自动计数显示屏上数字+1。
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