CN113005038A - 用于干细胞培养的机械臂 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于干细胞培养的机械臂，包括：X轴直线模组、设在X轴直线模组上的Y轴直线模组，Y轴直线模组上设有第一Z轴直线模组、第二Z轴直线模组、第三Z轴直线模组和第四Z轴直线模组，第一Z轴直线模组上设有移液装置，第二Z轴直线模组上设有瓶盖旋拧机构，第三Z轴直线模组上设有培养瓶夹持装置。其中移液装置、瓶盖旋拧机构以及培养瓶夹持装置均可在三维空间内移动，方便对X轴直线模组和Y轴直线模组运动轨迹所覆盖下的空间范围中的培养瓶或者试剂管进行相关的实验操作。本装置结构简单易操作，满足了细胞精细化、自动化培养的需求。

Description

用于干细胞培养的机械臂

技术领域

本发明涉及细胞培养设备技术领域，尤其涉及一种用于干细胞培养的机械臂。

背景技术

干细胞培养是生物技术研究的核心环节之一，在疫苗生产、生物制药以及细胞治疗等方面有着广泛应用，现有技术中实验人员通常采用干细胞培养装置进行细胞培养。

机械臂是干细胞培养装置的组成部分之一，对于满足细胞的精细化、自动化培养具有重要意义。譬如专利号为CN201821842702.4、名称为“细胞培养机械臂”的中国实用新型专利，公开了一种胞培养机械臂，包括支撑架和注射枪，注射枪可以夹持吸管伸入培养瓶内，按压吸管向培养瓶内吸液或者滴液。但该装置功能单一，仅可以完成吸液或者滴液操作，无法满足细胞培养的其他操作需求，严重影响细胞培养效率。

设计一种实现细胞精细化、自动化培养的干细胞培养用机械臂是亟需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是为克服现有技术存在的问题，提出一种用于干细胞培养的机械臂，通过在X轴直线模组上设置Y轴直线模组，并在Y轴直线模组上设置第一Z轴直线模组、第二Z轴直线模组、第三Z轴直线模组和第四Z轴直线模组，实现移液装置、瓶盖旋拧机构和培养瓶夹持装置在三维空间内移动，方便对X轴直线模组和Y轴直线模组运动轨迹所覆盖下的空间范围中的培养瓶或者试剂管进行夹持以及搬运等操作。

为解决上述技术问题，本发明提出了如下技术方案：

用于干细胞培养的机械臂，包括：

X轴直线模组，所述X轴直线模组包括X轴滑轨、X轴电机、X轴丝杆以及X轴滑块，所述X轴丝杆设在X轴滑轨上，所述X轴滑块上设有X轴丝杆螺母，所述X轴滑块通过X轴丝杆螺母与X轴丝杆配合，实现所述X轴滑块在X轴滑轨上相对于X轴丝杆移动，所述X轴电机设在X轴滑轨的一端，所述X轴电机的动力输出端与X轴丝杆的一端配合，用以为X轴丝杆提供动力；

Y轴直线模组，设在所述X轴直线模组上，所述Y轴直线模组与X轴直线模组相垂直，所述Y轴直线模组包括Y轴滑轨、Y轴电机、Y轴丝杆以及Y轴滑块，所述Y轴滑轨的底部与X轴滑块相连接，所述Y轴丝杆设在Y轴滑轨上，所述Y轴滑块上设有Y轴丝杆螺母，所述Y轴滑块通过Y轴丝杆螺母与Y轴丝杆配合，实现所述Y轴滑块在Y轴滑轨上相对于Y轴丝杆移动，所述Y轴电机设在Y轴滑轨的一端，所述Y轴电机的动力输出端与Y轴丝杆的一端配合，用以为Y轴丝杆提供动力；

所述Y轴滑轨的另一端还设有滑块，所述滑块上设有滑轨，所述滑块与滑轨配合，实现在滑轨上移动，所述滑轨与X轴滑轨平行布置。

所述Y轴滑块上设有支撑框架；

第一Z轴直线模组，设在支撑框架的一端，所述第一Z轴直线模组与Y轴直线模组相垂直，所述第一Z轴直线模组包括第一Z轴滑轨、第一Z轴电机、第一Z轴丝杆以及第一Z轴滑块，所述第一Z轴滑轨的底部与支撑框架相连接(该句话加入实施例中)，所述第一Z轴丝杆设在第一Z轴滑轨上，所述第一Z轴滑块上设有第一Z轴丝杆螺母，所述第一Z轴滑块通过第一Z轴丝杆螺母与第一Z轴丝杆配合，实现所述第一Z轴滑块在第一Z轴滑轨上相对于第一Z轴丝杆移动，所述第一Z轴电机设在第一Z轴滑轨的一端，所述第一Z轴电机的动力输出端与第一Z轴丝杆的一端配合，用以为第一Z轴丝杆提供动力；

所述第一Z轴滑块上设有移液装置。

所述移液装置包括第一支撑板、回转气缸、注射装置，所述第一支撑板设在第一Z轴滑块上，所述回转气缸的底部设在第一支撑板上，所述回转气缸上设有回转筒，所述回转筒与回转气缸转动连接，所述注射装置设在回转筒上，所述注射装置包括注射泵和设在注射泵下部的针管，所述注射泵与回转筒相连接。

所述支撑框架的一端还设有第二Z轴直线模组，所述第二Z轴直线模组位于第一Z轴直线模组的旁侧，所述第二Z轴直线模组与Y轴直线模组相垂直，所述第二Z轴直线模组包括第二Z轴滑轨、第二Z轴电机以及第二Z轴滑块，所述第二Z轴滑轨的底部与支撑框架相连接，所述第二Z轴滑轨内设有第二Z轴丝杆，所述第二Z轴滑块的底部与第二Z轴丝杆配合，实现所述第二Z轴滑块在第二Z轴滑轨上相对于第二Z轴丝杆移动，所述第二Z轴电机设在第二Z轴滑轨的一端，所述第二Z轴电机的动力输出端与第二Z轴丝杆的一端配合，用以为第二Z轴丝杆提供动力，所述第二Z轴滑块上设有瓶盖旋拧机构，所述瓶盖旋拧机构包括第二支撑板、气动旋转接头、中空管、连接盘、气管、夹爪气缸和至少一对夹爪，所述第二支撑板设在第二Z轴滑块上，所述气动旋转接头包括气动旋转接头本体和旋转头，所述气动旋转接头本体设在第二支撑板上，所述旋转头与气动旋转接头本体相连接，实现在气动旋转接头本体上转动，所述中空管一端与旋转头连接，另一端与连接盘连接，所述连接盘的中部设有供气管穿过的槽孔，所述中空管与槽孔的内壁面连接，所述连接盘的下部与夹爪气缸连接，所述夹爪设在夹爪气缸下部，通过夹爪气缸使夹爪夹紧或张开，所述气管一端连接气动旋转接头，另一端穿设过中空管、槽孔后连接至夹爪气缸。

所述瓶盖旋拧机构还包括中空旋转平台，所述中空旋转平台设在第二支撑板上，且，所述中空旋转平台位于气动旋转接头下部，所述中空旋转平台上设有可供外接设备连接的联接盘，所述联接盘的中部设有中空走线孔，所述连接盘设在联接盘的中空走线孔内，且，所述连接盘的外环壁面与中空走线孔的内壁面连接，所述夹爪包括连接臂和设在连接臂下部的弧形夹持板，所述连接臂上部与夹爪气缸相连接，所述弧形夹持板与连接臂相连接部位设有容置凹槽，所述弧形夹持板下部设有由多个算盘珠状凸起组合形成的凸起部，沿着所述凸起部中部至凸起部端部方向排列分布的算盘珠状凸起的直径逐渐增大，所述弧形夹持板上还开设有竖向的贯穿长槽。

所述第二支撑板的一侧还设有第一摄像装置，所述第一摄像装置包括第一相机支架、第一微型相机，所述第一相机支架与第二支撑板相连接，所述第一微型相机设在第一相机支架内。

所述支撑框架的另一端还设有第三Z轴直线模组，所述第三Z轴直线模组与Y轴直线模组相垂直，所述第三Z轴直线模组包括第三Z轴滑轨、第三Z轴电机、第三Z轴丝杆以及第三Z轴滑块，所述第三Z轴滑轨的底部与支撑框架相连接，所述第三Z轴丝杆设在第三Z轴滑轨上，所述第三Z轴滑块上设有第三Z轴丝杆螺母，所述第三Z轴滑块通过第三Z轴丝杆螺母与第三Z轴丝杆配合，实现所述第三Z轴滑块在第三Z轴滑轨上相对于第三Z轴丝杆移动，所述第三Z轴电机设在第三Z轴滑轨的一端，所述第三Z轴电机的动力输出端与第三Z轴丝杆的一端配合，用以为第三Z轴丝杆提供动力，所述第三Z轴滑块上设有培养瓶夹持装置，所述培养瓶夹持装置包括第三支撑板、夹瓶气缸、至少一对夹臂，所述第三支撑板设在第三Z轴滑块上，所述夹瓶气缸设在第三支撑板上，所述夹臂设在夹瓶气缸下部，通过夹瓶气缸使夹臂夹紧或张开，所述夹臂的下部设有夹板，所述夹板外表面设有横纵交织分布的凹槽。

所述第三Z轴滑轨后端侧面上还设有第四Z轴直线模组，所述第四Z轴直线模组与Y轴直线模组相垂直，所述第四Z轴直线模组包括第四Z轴滑轨、第四Z轴电机、第四Z轴丝杆以及第四Z轴滑块，所述第四Z轴滑轨后端侧面与第三Z轴滑轨后端侧面相连接，所述第四Z轴丝杆设在第四Z轴滑轨上，所述第四Z轴滑块上设有第四Z轴丝杆螺母，所述第四Z轴滑块通过第四Z轴丝杆螺母与第四Z轴丝杆配合，实现所述第四Z轴滑块在第四Z轴滑轨上相对于第四Z轴丝杆移动，所述第四Z轴电机设在第四Z轴滑轨的一端，所述第四Z轴电机的动力输出端与第四Z轴丝杆的一端配合，用以为第四Z轴丝杆提供动力，所述第四Z轴滑块上设有第二摄像装置，所述第二摄像装置包括第二相机支架、第二微型相机，所述第二相机支架设在第四Z轴滑块上，所述第二微型相机设在第二相机支架内。

所述X轴滑轨的一侧、Y轴滑轨的一侧、第一Z轴滑轨的一侧均设有第一拖链长槽，所述第一拖链长槽内设有第一拖链。

所述第二Z轴滑轨的一侧设有第二拖链长槽，所述第二拖链长槽内设有第二拖链。

所述第三Z轴滑轨的一侧以及第四Z轴滑轨的一侧均设有第三拖链长槽，所述第三拖链长槽内设有第三拖链。

上述用于干细胞培养的机械臂至少具有以下有益效果：

1.本发明中，通过在X轴直线模组上设置Y轴直线模组，并在Y轴模块上设置第一Z轴模块，使设在第一Z轴模块上的执行件譬如移液装置可以在空间中完成前后、左右以及上下方向的移动，移动范围广，自动化程度高，适用于干细胞培养中的精细化操作。

2.本发明中，通过设置第一支撑板用于支撑移液装置，由于移液装置相对于第一Z轴滑块体积较大，第一支撑板可以为移液装置提供更大的固定面积，移液装置固定在第一支撑板上更加牢靠。

3.本发明中，通过设置回转气缸可以使针管在纵向平面上相对于回转筒转动，以适应对倾斜放置的培养瓶进行吸液操作，尤其需要说明的是，当培养瓶倾斜放置时，其中的细胞培养液可以更为集中且完全地被针管吸取，回转气缸的设置使针管吸液动作的调整更加精确，适用于这种吸液方式，注射泵具有吸入或者排出培养液的作用。

4.本发明中，通过在第一Z轴直线模组上设置移液装置，使移液操作实现了上下方向的移动，以配合吸液或者排液操作；移液装置在X轴直线模组和Y轴直线模组的带动下可以实现在更大空间范围内移动，方便实验时对X轴直线模组和Y轴直线模组运动轨迹所覆盖下的空间范围中的培养瓶或者试管进行移液操作。移液操作范围更大，移液精确度更高，移液效果更好，大大提高的移液质量和移液效率。X轴直线模组、Y轴直线模组以及第一Z轴直线模组均方便易操作，满足了细胞精细化、自动化培养的需求。

5.本发明中，通过设置第二支撑板用于支撑瓶盖旋拧机构，由于瓶盖旋拧机构相对于第二Z轴滑块体积较大，第二支撑板可以为瓶盖旋拧机构提供更大的固定面积，瓶盖旋拧机构固定在第二支撑板上更加牢靠。

6.本发明中，通过设置夹爪气缸对夹爪的夹紧状态进行控制，结构简单易操作。通过在第二Z轴直线模组上设置瓶盖旋拧机构，使瓶盖夹持实现了上下方向的移动，与培养瓶的放置位置进行配合；瓶盖旋拧机构在X轴直线模组和Y轴直线模组的带动下可以实现在更大空间范围内移动，方便实验时对X轴直线模组和Y轴直线模组运动轨迹所覆盖下的空间范围中的培养瓶瓶盖或者试剂管进行瓶盖旋拧操作，操作范围更大，旋拧精确度高。X轴直线模组、Y轴直线模组以及第二Z轴直线模组均方便易操作，满足了细胞精细化、自动化培养的需求。

7.本发明中，弧形夹持板的设置可以适应于瓶盖的形状，可以更好地与瓶盖配合，方便对瓶盖进行夹持；容置凹槽的设置使弧形夹持板可以更好地与培养瓶瓶盖上部的凸缘配合，增加夹持时的着力点，使夹持更加牢固稳定；排列分布的算盘珠状凸起使弧形夹持板与瓶盖接触时摩擦力更大，并且，算盘珠状凸起的凸起端与培养瓶瓶盖外部的螺纹相接触，增加了旋拧时的着力点。

8.本发明中，通过设置沿着凸起部中部至凸起部端部方向排列分布的算盘珠状凸起的直径逐渐增大，使凸起部与瓶盖接触的表面形成弧形轮廓，可以更好地与瓶盖侧部弧形边沿配合，便于夹持和旋拧。竖向的贯穿长槽可以使本装置方便操作人员观察夹持操作时瓶盖在互相夹持板上的固定位置。

9.本发明中，通过设置第三支撑板用于支撑培养瓶夹持装置，由于培养瓶夹持装置相对于第三Z轴滑块体积较大，第三支撑板可以为培养瓶夹持装置提供更大的固定面积，培养瓶夹持装置固定在第三支撑板上更加牢靠。

10.本发明中，通过设置夹瓶气缸控制两个夹臂相向运动，带动夹板将位于两夹臂之间的培养瓶夹紧；通过设置夹瓶气缸对夹臂的夹紧状态进行控制，结构简单易操作。通过在第三Z轴直线模组上设置培养瓶夹持装置，使本装置夹持培养瓶时实现了上下方向的移动，与培养瓶的放置位置进行配合；培养瓶夹持装置在X轴直线模组和Y轴直线模组的带动下可以实现在更大空间范围内移动，方便实验时对X轴直线模组和Y轴直线模组运动轨迹所覆盖下的空间范围中的培养瓶或者试剂管进行夹持以及搬运操作，操作范围更大。X轴直线模组、Y轴直线模组以及第三Z轴直线模组均方便易操作，满足了细胞精细化、自动化培养的需求。

11.本发明中，通过在夹板外表面设有横纵交织分布的凹槽，凹槽的设置可以使夹板夹持培养瓶时摩擦力更大，夹持更稳定。

12.本发明在使用时，可以将第一微型相机、第二微型相机分别与外部的控制显示端譬如电脑或者工控机线连接，利用第一微型相机的摄像功能对培养瓶直观观察，以及利用第二微型相机的摄像功能调整培养瓶夹持装置的移动位置，使对培养瓶的夹持更为精确。

13.本发明中，通过设置第四Z轴直线模组使第二摄像装置实现了上下方向的移动，第二摄像装置在X轴直线模组和Y轴直线模组的带动下可以实现在更大空间范围内移动，方便实验时对X轴直线模组和Y轴直线模组运动轨迹所覆盖下的空间范围中的培养瓶或者试剂管进行观察和定位，满足了细胞精细化、自动化培养的需求。

14.本发明中，通过在第二支撑板上设置第一摄像装置，利用摄像装置的定位功能使旋拧瓶盖时更加准确。

15.本发明中，通过在Y轴滑轨的另一端设置滑块，滑块上设有滑轨，滑块与滑轨配合，实现在滑轨上移动，滑轨与X轴滑轨平行布置。Y轴滑轨通过滑块实现了支撑在滑轨上的作用，滑轨的支撑作用保证了Y轴直线模组在X轴直线模组上移动时的稳定性，防止因Y轴直线模组与X轴滑块只有一个着力点导致其固定不稳；通过滑块与滑轨的配和，使Y轴直线模组一端在X轴直线模组上移动时，另一端同步在滑轨上移动。并且，滑轨和滑块的设置方便了本装置与外部固定物譬如干细胞培养箱的装配，装配时，将X轴直线模组固定在干细胞培养箱一侧框架上，与干细胞培养箱一侧框架相对应的另一侧框架上固定滑轨。

16.本发明中，X轴滑轨的一侧、Y轴滑轨的一侧、第一Z轴滑轨的一侧均设有第一拖链长槽，第一拖链长槽内设有第一拖链。第二Z轴滑轨的一侧设有第二拖链长槽3，第二拖链长槽内设有第二拖链。第三Z轴滑轨的一侧以及第四Z轴滑轨的一侧均设有第三拖链长槽，第三拖链长槽内设有第三拖链。上述的多个拖链长槽的设置便于放置拖链，拖链的设置便于放置线束，对线束有保护作用，布线规范、美观。

17.本发明中，支撑框架的设置具有重要意义，使第一Z轴滑轨、第二Z轴滑轨以及第三Z轴滑轨的布置结构紧凑，第一Z轴滑轨、第二Z轴滑轨以及第三Z轴滑轨的运行平稳度更佳。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明实施例的用于干细胞培养的机械臂其中一个等轴测图；

图2是本发明实施例的用于干细胞培养的机械臂另一个等轴测图；

图3是本发明实施例的用于干细胞培养的机械臂另一个等轴测图；

图4是本发明实施例的用于干细胞培养的机械臂整体结构右视图；

图5是本发明实施例的用于干细胞培养的机械臂夹臂与夹板的结构位置示意图；

图6是本发明实施例的用于干细胞培养的机械臂摄像装置整体结构正视图；

图7是本发明实施例的用于干细胞培养的机械臂摄像装置整体结构等轴测图；

图8是本发明实施例的用于干细胞培养的机械臂瓶盖旋拧机构整体结构等轴测图；

图9是本发明实施例的中空管与连接盘的结构位置示意图；

图10是本发明实施例的中空走线孔在联接盘上的结构位置示意图；

图11是本发明实施例的用于干细胞培养的机械臂夹爪的结构位置示意图；

图12是图3中瓶盖旋拧机构的局部放大示意图；

图13是本发明实施例的培养瓶夹持装置与摄像装置的位置关系示意图；

其中，30-机械臂，310-X轴滑轨，311-X轴电机，312-X轴滑块，320-Y轴滑轨，321-Y轴电机，322-Y轴滑块，330-第一Z轴滑轨，331-第一Z轴电机，332-第一Z轴滑块，333-移液装置，3331-第一支撑板，3332-回转气缸，3333-注射泵，3334-回转筒，3335-针管，340-第二Z轴滑轨，341-第二Z轴电机，342-第二Z轴滑块342，343-第二支撑板，3431-第一相机支架，3432-第一微型相机，344-气动旋转接头，3441-气动旋转接头本体，3442-旋转头，345-中空旋转平台，3453-联接盘，3454-中空走线孔，346-气管，347-夹爪气缸，348-夹爪，3481-连接臂，3482-弧形夹持板，3483-容置凹槽，3484-算盘珠状凸起，3485-凸起部，3486-长槽，349-中空管，3491-连接盘，3492-槽孔，350-第三Z轴滑轨，351-第三Z轴电机，352-第三Z轴滑块，353-第三支撑板，354-夹瓶气缸，355-夹臂，3551-夹板，3552-凹槽，360-第四Z轴滑轨，361-第四Z轴电机，362-第四Z轴滑块，363-第二相机支架，364-第二微型相机，370-滑块，371-滑轨，380-支撑框架，390-第一拖链长槽，391-第一拖链，392-第二拖链长槽，393-第二拖链，394-第三拖链长槽，395-第三拖链。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，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。

请参照图1-图13所示，用于干细胞培养的机械臂30，包括：X轴直线模组，X轴直线模组包括X轴滑轨310、X轴电机311、X轴丝杆(图未示)以及X轴滑块312，X轴丝杆设在X轴滑轨310上，X轴滑块312上设有X轴丝杆螺母，X轴滑块通过X轴丝杆螺母与X轴丝杆配合，实现X轴滑块312在X轴滑轨310上相对于X轴丝杆移动，X轴电机311设在X轴滑轨310的一端，X轴电机311的动力输出端与X轴丝杆的一端配合，用以为X轴丝杆提供动力；本实施例中X轴电机311的动力输出端可以是与X轴丝杆的一端通过联轴器连接，在X轴滑块312的底部设置丝杆螺母，X轴滑块312通过丝杆螺母与X轴丝杆配合。

Y轴直线模组，设在X轴直线模组上，Y轴直线模组与X轴直线模组相垂直，Y轴直线模组包括Y轴滑轨320、Y轴电机321、Y轴丝杆(图未示)以及Y轴滑块322，Y轴滑轨320的底部与X轴滑块312相连接，Y轴丝杆设在Y轴滑轨320上，Y轴滑块322上设有Y轴丝杆螺母，Y轴滑块通过Y轴丝杆螺母与Y轴丝杆配合，实现Y轴滑块322在Y轴滑轨320上相对于Y轴丝杆移动，Y轴电机321设在Y轴滑轨320的一端，Y轴电机321的动力输出端与Y轴丝杆的一端配合，用以为Y轴丝杆提供动力；本实施例中Y轴电机321的动力输出端可以是与Y轴丝杆的一端通过联轴器连接，在Y轴滑块322的底部设置丝杆螺母，Y轴滑块322通过丝杆螺母与Y轴丝杆配合。

Y轴滑轨320的另一端还设有滑块370，滑块370上设有滑轨371，滑块370与滑轨371配合，实现在滑轨371上移动，滑轨371与X轴滑轨310平行布置。Y轴滑轨320通过滑块370支撑在滑轨371上，滑轨371的支撑作用保证了Y轴直线模组在X轴直线模组上移动时的稳定性，防止因Y轴直线模组与X轴滑块312只有一个着力点导致其固定不稳；通过滑块370与滑轨371的配和，使Y轴直线模组一端在X轴直线模组上移动时，另一端同步在滑轨371上移动。并且，滑轨371和滑块370的设置方便了本装置与外部固定物譬如干细胞培养箱的装配，装配时，将X轴直线模组固定在干细胞培养箱一侧框架上，与干细胞培养箱一侧框架相对应的另一侧框架上固定滑轨。

Y轴滑块上设有支撑框架380；

第一Z轴直线模组，设在支撑框架380的一端，第一Z轴直线模组与Y轴直线模组相垂直，第一Z轴直线模组包括第一Z轴滑轨330、第一Z轴电机331、第一Z轴丝杆(图未示)以及第一Z轴滑块332，第一Z轴滑轨的底部与支撑框架相连接，第一Z轴丝杆设在第一Z轴滑轨330上，第一Z轴滑块332上设有第一Z轴丝杆螺母，第一Z轴滑块通过第一Z轴丝杆螺母与第一Z轴丝杆配合，实现第一Z轴滑块332在第一Z轴滑轨330上相对于第一Z轴丝杆移动，第一Z轴电机331设在第一Z轴滑轨330的一端，第一Z轴电机331的动力输出端与第一Z轴丝杆的一端配合，用以为第一Z轴丝杆提供动力；本实施例中第一Z轴电机331的动力输出端可以是与第一Z轴丝杆的一端通过联轴器连接，在第一Z轴滑块332的底部设置丝杆螺母，第一Z轴滑块332通过丝杆螺母与第一Z轴丝杆配合。

第一Z轴滑块上设有移液装置333。移液装置333包括第一支撑板3331、回转气缸3332、注射装置，第一支撑板3331设在第一Z轴滑块332上，回转气缸3332的底部设在第一支撑板3331上，回转气缸3332上设有回转筒3334，回转筒3334与回转气缸3332转动连接，实现回转筒在回转气缸上转动的连接方式是本领域中的现有技术，在此不再赘述。注射装置设在回转筒3334上，注射装置包括注射泵3333和设在注射泵3333下部的针管3335，注射泵3333与回转筒3334相连接。

通过在X轴直线模组上设置Y轴直线模组，并在Y轴模块上设置第一Z轴模块，使设在第一Z轴模块上的执行件譬如移液装置可以在空间中完成前后、左右以及上下方向的移动，移动范围广，自动化程度高，适用于干细胞培养中的精细化操作。

第一支撑板3331具有支撑移液装置的作用，由于移液装置相对于第一Z轴滑块332体积较大，第一支撑板可以为移液装置提供更大的固定面积，移液装置固定在第一支撑板3331上更加牢靠。回转气缸3332的设置可以使针管3335在纵向平面上绕着回转筒3334转动，以适应对倾斜放置的培养瓶进行吸液操作，尤其需要说明的是，当培养瓶倾斜放置时，其中的细胞培养液可以更为集中且完全地被针管3335吸取，回转气缸3332的设置使针管3335吸液动作调整更加精确，适用于多种吸液方式。注射泵3333具有吸入或者排出培养液的作用；通过在第一Z轴直线模组上设置移液装置，使移液操作实现了上下方向的移动，以配合吸液或者排液操作；移液装置在X轴直线模组和Y轴直线模组的带动下可以实现在更大空间范围内移动，方便实验时对X轴直线模组和Y轴直线模组运动轨迹所覆盖下的空间范围中的培养瓶或者试管进行移液操作。移液操作范围更大，移液精确度更高，移液效果更好，大大提高的移液质量和移液效率。X轴直线模组、Y轴直线模组以及第一Z轴直线模组均方便易操作，满足了细胞精细化、自动化培养的需求。

支撑框架280的一端还设有第二Z轴直线模组，第二Z轴直线模组位于第一Z轴直线模组的旁侧，第二Z轴直线模组与Y轴直线模组相垂直，第二Z轴直线模组包括第二Z轴滑轨340、第二Z轴电机341、第二Z轴丝杆(图未示)以及第二Z轴滑块342，第二Z轴滑轨340的底部与支撑框架280相连接，第二Z轴丝杆设在第二Z轴滑轨340上，第二Z轴滑块342上设有第二Z轴丝杆螺母，第二Z轴滑块通过第二Z轴丝杆螺母与第二Z轴丝杆配合，实现第二Z轴滑块342在第二Z轴滑轨340上相对于第二Z轴丝杆移动，第二Z轴电机341设在第二Z轴滑轨340的一端，第二Z轴电机341的动力输出端与第二Z轴丝杆的一端配合，用以为第二Z轴丝杆提供动力。本实施例中第二Z轴电机341的动力输出端可以是与第二Z轴丝杆的一端通过联轴器连接，在第二Z轴滑块342的底部设置丝杆螺母，第二Z轴滑块342通过丝杆螺母与第二Z轴丝杆配合。

第二Z轴滑块342上设有瓶盖旋拧机构，瓶盖旋拧机构包括第二支撑板343、气动旋转接头344、中空管349、连接盘3491、气管349、夹爪气缸347和至少一对夹爪348，第二支撑板343设在第二Z轴滑块342上，气动旋转接头344包括气动旋转接头本体3441和旋转头3442，气动旋转接头本体3441设在第二支撑板343上，旋转头3442与气动旋转接头本体3441相连接，实现在气动旋转接头本体3441上转动，中空管349一端与旋转头3442连接，另一端与连接盘3491连接，连接盘3491的中部设有供气管349穿过的槽孔3492，中空管349与槽孔3492的内壁面连接，连接盘3491的下部与夹爪气缸347连接，夹爪348设在夹爪气缸347下部，通过夹爪气缸347使夹爪348夹紧或张开，气管349一端连接气动旋转接头344，另一端穿设过中空管349、槽孔3492后连接至夹爪气缸347。

瓶盖旋拧机构还包括中空旋转平台345，中空旋转平台345设在第二支撑板343上，且，中空旋转平台345位于气动旋转接头344下部，中空旋转平台345上设有可供外接设备连接的联接盘3453，联接盘3453的中部设有中空走线孔3454，连接盘3491设在联接盘3453的中空走线孔3454内，且，连接盘3491的外环壁面与中空走线孔3454的内壁面连接，

本实施例中所使用的中空旋转平台为现有技术，是一种在中空旋转平台的电机带动下联接盘可以转动的装置，本实施例中所使用的中空旋转平台譬如可以是freud品牌的TXB型号，还可以是ZPY/台众品牌的HK060型号，在此不再赘述。尤其需要说明是是，将中空旋转平台应用在本瓶盖旋拧机构中意义非凡，使用时，中空旋转平台的电机带动联接盘3453转动，进而带动连接盘3491转动，同时旋转头3442带动中空管349转动，如此中空管349的旋转更加稳定。

第二支撑板343具有支撑瓶盖旋拧机构的作用，由于瓶盖旋拧机构相对于第二Z轴滑块342体积较大，第二支撑板343可以为瓶盖旋拧机构提供更大的固定面积，瓶盖旋拧机构固定在第二支撑板343上更加牢靠，旋转头3442转动可以带动连接盘3491转动，进而带动夹爪气缸347转动，以完成瓶盖旋拧机构的旋拧动作。通过设置夹爪气缸347对夹爪348的夹紧状态进行控制，结构简单易操作。通过在第二Z轴直线模组上设置瓶盖旋拧机构，使瓶盖夹持实现了上下方向的移动，与培养瓶的放置位置进行配合；瓶盖旋拧机构在X轴直线模组和Y轴直线模组的带动下可以实现在更大空间范围内移动，方便实验时对X轴直线模组和Y轴直线模组运动轨迹所覆盖下的空间范围中的培养瓶瓶盖或者试剂管进行瓶盖旋拧操作，操作范围更大，旋拧精确度高。X轴直线模组、Y轴直线模组以及第二Z轴直线模组均方便易操作，满足了细胞精细化、自动化培养的需求。

夹爪348包括连接臂3481和设在连接臂3481下部的弧形夹持板3482，连接臂3481上部与夹爪气缸347相连接，弧形夹持板3482与连接臂3481相连接部位设有容置凹槽3483，弧形夹持板3482下部设有由多个算盘珠状凸起3484组合形成的凸起部3485，沿着凸起部中部至凸起部端部方向排列分布的算盘珠状凸起3484的直径逐渐增大，弧形夹持板3482上还开设有竖向的贯穿长槽3486。弧形夹持板3482适应于瓶盖的形状，可以更好地与瓶盖配合，方便对瓶盖进行夹持；容置凹槽3483的设置使弧形夹持板3482可以更好地与培养瓶瓶盖上部的凸缘配合，增加夹持时的着力点，使夹持更加牢固稳定；排列分布的算盘珠状凸起3484使弧形夹持板3482与瓶盖接触时摩擦力更大，并且，算盘珠状凸起3484的凸起端顶持在培养瓶瓶盖外部，增加了旋拧时的着力点；沿着凸起部3485中部至凸起部端部方向排列分布的算盘珠状凸起3484的直径逐渐增大，使凸起部3485与瓶盖接触的表面形成弧形轮廓，可以更好地与瓶盖侧部弧形边沿配合，便于夹持和旋拧。竖向的贯穿长槽3486可以使本装置方便操作人员观察夹持操作时瓶盖在互相夹持板上的固定位置。

第二支撑板343的一侧还设有第一摄像装置，第一摄像装置包括第一相机支架3431、第一微型相机3432，第一相机支架3431与第二支撑板343相连接，第一微型相机3432设在第一相机支架3431内。通过在第二支撑板343上设置第一摄像装置，利用第一摄像装置的照相和定位功能使旋拧瓶盖时更加准确。

支撑框架280的另一端还设有第三Z轴直线模组，第三Z轴直线模组与Y轴直线模组相垂直，第三Z轴直线模组包括第三Z轴滑轨350、第三Z轴电机351、第三Z轴丝杆(图未示)以及第三Z轴滑块352，第三Z轴滑轨350的底部与支撑框架280相连接，第三Z轴丝杆设在第三Z轴滑轨350上，第三Z轴滑块352上设有第三Z轴丝杆螺母，第三Z轴滑块通过第三Z轴丝杆螺母与第三Z轴丝杆配合，实现第三Z轴滑块352在第三Z轴滑轨350上相对于第三Z轴丝杆移动，第三Z轴电机351设在第三Z轴滑轨350的一端，第三Z轴电机351的动力输出端与第三Z轴丝杆的一端配合，用以为第三Z轴丝杆提供动力，第三Z轴滑轨350设在Y轴滑块352的另一侧，本实施例中第三Z轴电机351的动力输出端可以是与第三Z轴丝杆的一端通过联轴器连接，在第三Z轴滑块352的底部设置丝杆螺母，第三Z轴滑块352通过丝杆螺母与第三Z轴丝杆配合。第三Z轴滑块352上设有培养瓶夹持装置，培养瓶夹持装置包括第三支撑板353、夹瓶气缸354、至少一对夹臂355，第三支撑板353设在第三Z轴滑块352上，夹瓶气缸354设在第三支撑板353上，夹臂355设在夹瓶气缸下部，通过夹瓶气缸354使夹臂355夹紧或张开。

夹臂355的下部设有夹板3551，夹板3551外表面设有横纵交织分布的凹槽3552。凹槽3552的设置可以使夹板夹持培养瓶时摩擦力更大，夹持更稳定。

第三支撑板353具有支撑培养瓶夹持装置的作用，由于培养瓶夹持装置相对于第三Z轴滑块352体积较大，第三支撑板353可以为瓶盖旋拧机构提供更大的固定面积，瓶盖旋拧机构固定在第三支撑板353上更加牢靠。夹紧时，夹瓶气缸354控制该对夹臂355相向运动，带动夹板3551将位于两夹臂之间的培养瓶夹紧；通过设置夹瓶气缸354对夹臂355的夹紧状态进行控制，结构简单易操作。通过在第三Z轴直线模组上设置培养瓶夹持装置，使本装置夹持培养瓶时实现了上下方向的移动，以实现对培养瓶的放置位置进行配合；培养瓶夹持装置在X轴直线模组和Y轴直线模组的带动下可以实现在更大空间范围内进行平移或者抬升运动，方便实验时对X轴直线模组和Y轴直线模组运动轨迹所覆盖下的空间范围中的培养瓶或者试剂管进行夹持以及搬运操作，操作范围更大。X轴直线模组、Y轴直线模组以及第三Z轴直线模组均方便易操作，满足了细胞精细化、自动化培养的需求。

第三Z轴滑轨350后端侧面上还设有第四Z轴直线模组，第四Z轴直线模组与Y轴直线模组相垂直，第四Z轴直线模组包括第四Z轴滑轨360、第四Z轴电机361、第四Z轴丝杆(图未示)以及第四Z轴滑块362，第四Z轴滑轨360后端侧面与第三Z轴滑轨350后端侧面相连接，第四Z轴丝杆设在第四Z轴滑轨360上，第四Z轴滑块362上设有第四Z轴丝杆螺母，第四Z轴滑块通过第四Z轴丝杆螺母与第四Z轴丝杆配合，实现第四Z轴滑块362在第四Z轴滑轨360上相对于第四Z轴丝杆移动，第四Z轴电机361设在第四Z轴滑轨360的一端，第四Z轴电机361的动力输出端与第四Z轴丝杆的一端配合，用以为第四Z轴丝杆提供动力，本实施例中第四Z轴电机361的动力输出端可以是与第四Z轴丝杆的一端通过联轴器连接，在第四Z轴滑块362的底部设置丝杆螺母，第四Z轴滑块362通过丝杆螺母与第四Z轴丝杆配合。第四Z轴滑块362上设有第二摄像装置，第二摄像装置包括第二相机支架363、第二微型相机364，第二相机支架363设在第四Z轴滑块362上，第二微型相机364设在第二相机支架363内。

使用时，可以将第一微型相机、第二微型相机分别与外部的控制显示端譬如电脑或者工控机线连接，利用第一微型相机的摄像功能对培养瓶直观观察，以及利用第二微型相机的摄像功能调整培养瓶夹持装置的移动位置，使对培养瓶的夹持更为精确。

第四Z轴直线模组使第二摄像装置实现了上下方向的移动，第二摄像装置在X轴直线模组和Y轴直线模组的带动下可以实现在更大空间范围内移动，方便实验时对X轴直线模组和Y轴直线模组运动轨迹所覆盖下的空间范围中的培养瓶或者试剂管进行观察和定位，满足了细胞精细化、自动化培养的需求。

X轴滑轨310的一侧、Y轴滑轨320的一侧、第一Z轴滑轨330的一侧均设有第一拖链长槽390，第一拖链长槽390内设有第一拖链391。第二Z轴滑轨340的一侧设有第二拖链长槽392，第二拖链长槽392内设有第二拖链393。第三Z轴滑轨的一侧以及第四Z轴滑轨的一侧均设有第三拖链长槽394，第三拖链长槽394内设有第三拖链395。上述的多个拖链长槽的设置便于放置拖链，拖链的设置便于放置线束，对线束有保护作用，布线规范、美观。

本发明在使用时，通过X轴直线模组、Y轴直线模组以及第一Z轴直线模组可以实现移液装置在三维空间内移动，并且，通过回转气缸3332实现针管3335在纵向平面内旋转角度的调整，吸液更加精确；通过X轴直线模组、Y轴直线模组以及第二Z轴直线模组可以实现瓶盖旋拧机构在三维空间内移动，与培养瓶的放置位置进行配合，方便夹持瓶盖，并且，通过设置摄像装置使旋拧瓶盖时更加精确；通过X轴直线模组、Y轴直线模组以及第三Z轴直线模组可以实现培养瓶夹持装置在三维空间内移动，方便对X轴直线模组和Y轴直线模组运动轨迹所覆盖下的空间范围中的培养瓶或者试剂管进行夹持以及搬运操作，并且，利用第一微型相机的摄像功能对培养瓶直观观察，以及利用第二微型相机364的摄像定位功能调整培养瓶夹持装置的移动位置，使对培养瓶的夹持更为精确。

尤其需要重点说明的是，支撑框架380的设置具有重要意义，使第一Z轴滑轨330、第二Z轴滑轨340以及第三Z轴滑轨350的布置结构紧凑，第一Z轴滑轨330、第二Z轴滑轨340以及第三Z轴滑轨350的运行平稳度更佳。

本发明的描述中，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“竖直”、“水平”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，仅是为了描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造或操作，因此不能理解为对本发明的限制。本发明中的“相连”“连接”应作广义理解，例如，可以是连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接连接，也可以是通过中间部件间接连接，对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语的具体含义。

以上所述为本发明的优选实施方式，具体实施例的说明仅用于更好的理解本发明的思想。对于本技术领域的普通技术人员来说，依照本发明原理还可以做出若干改进或者同等替换，这些改进或同等替换也视为落在本发明的保护范围。

Claims (10)

1.用于干细胞培养的机械臂，其特征在于，包括：

X轴直线模组，所述X轴直线模组包括X轴滑轨、X轴电机、X轴丝杆以及X轴滑块，所述X轴丝杆设在X轴滑轨上，所述X轴滑块上设有X轴丝杆螺母，所述X轴滑块通过X轴丝杆螺母与X轴丝杆配合，实现所述X轴滑块在X轴滑轨上相对于X轴丝杆移动，所述X轴电机设在X轴滑轨的一端，所述X轴电机的动力输出端与X轴丝杆的一端配合，用以为X轴丝杆提供动力；

Y轴直线模组，设在所述X轴直线模组上，所述Y轴直线模组与X轴直线模组相垂直，所述Y轴直线模组包括Y轴滑轨、Y轴电机、Y轴丝杆以及Y轴滑块，所述Y轴滑轨的底部与X轴滑块相连接，所述Y轴丝杆设在Y轴滑轨上，所述Y轴滑块上设有Y轴丝杆螺母，所述Y轴滑块通过Y轴丝杆螺母与Y轴丝杆配合，实现所述Y轴滑块在Y轴滑轨上相对于Y轴丝杆移动，所述Y轴电机设在Y轴滑轨的一端，所述Y轴电机的动力输出端与Y轴丝杆的一端配合，用以为Y轴丝杆提供动力；

所述Y轴滑轨的另一端还设有滑块，所述滑块上设有滑轨，所述滑块与滑轨配合，实现在滑轨上移动，所述滑轨与X轴滑轨平行布置。

所述Y轴滑块上设有支撑框架；

第一Z轴直线模组，设在支撑框架的一端，所述第一Z轴直线模组与Y轴直线模组相垂直，所述第一Z轴直线模组包括第一Z轴滑轨、第一Z轴电机、第一Z轴丝杆以及第一Z轴滑块，所述第一Z轴滑轨的底部与支撑框架相连接，所述第一Z轴丝杆设在第一Z轴滑轨上，所述第一Z轴滑块上设有第一Z轴丝杆螺母，所述第一Z轴滑块通过第一Z轴丝杆螺母与第一Z轴丝杆配合，实现所述第一Z轴滑块在第一Z轴滑轨上相对于第一Z轴丝杆移动，所述第一Z轴电机设在第一Z轴滑轨的一端，所述第一Z轴电机的动力输出端与第一Z轴丝杆的一端配合，用以为第一Z轴丝杆提供动力；

所述第一Z轴滑块上设有移液装置。

2.如权利要求1所述的用于干细胞培养的机械臂，其特征在于，所述移液装置包括第一支撑板、回转气缸、注射装置，所述第一支撑板设在第一Z轴滑块上，所述回转气缸的底部设在第一支撑板上，所述回转气缸上设有回转筒，所述回转筒与回转气缸转动连接，所述注射装置设在回转筒上，所述注射装置包括注射泵和设在注射泵下部的针管，所述注射泵与回转筒相连接。

3.如权利要求1所述的用于干细胞培养的机械臂，其特征在于，所述支撑框架的一端还设有第二Z轴直线模组，所述第二Z轴直线模组位于第一Z轴直线模组的旁侧，所述第二Z轴直线模组与Y轴直线模组相垂直，所述第二Z轴直线模组包括第二Z轴滑轨、第二Z轴电机以及第二Z轴滑块，所述第二Z轴滑轨的底部与支撑框架相连接，所述第二Z轴滑轨内设有第二Z轴丝杆，所述第二Z轴滑块的底部与第二Z轴丝杆配合，实现所述第二Z轴滑块在第二Z轴滑轨上相对于第二Z轴丝杆移动，所述第二Z轴电机设在第二Z轴滑轨的一端，所述第二Z轴电机的动力输出端与第二Z轴丝杆的一端配合，用以为第二Z轴丝杆提供动力，所述第二Z轴滑块上设有瓶盖旋拧机构，所述瓶盖旋拧机构包括第二支撑板、气动旋转接头、中空管、连接盘、气管、夹爪气缸和至少一对夹爪，所述第二支撑板设在第二Z轴滑块上，所述气动旋转接头包括气动旋转接头本体和旋转头，所述气动旋转接头本体设在第二支撑板上，所述旋转头与气动旋转接头本体相连接，实现在气动旋转接头本体上转动，所述中空管一端与旋转头连接，另一端与连接盘连接，所述连接盘的中部设有供气管穿过的槽孔，所述中空管与槽孔的内壁面连接，所述连接盘的下部与夹爪气缸连接，所述夹爪设在夹爪气缸下部，通过夹爪气缸使夹爪夹紧或张开，所述气管一端连接气动旋转接头，另一端穿设过中空管、槽孔后连接至夹爪气缸。

4.如权利要求3所述的用于干细胞培养的机械臂，其特征在于，所述瓶盖旋拧机构还包括中空旋转平台，所述中空旋转平台设在第二支撑板上，且，所述中空旋转平台位于气动旋转接头下部，所述中空旋转平台上设有可供外接设备连接的联接盘，所述联接盘的中部设有中空走线孔，所述连接盘设在联接盘的中空走线孔内，且，所述连接盘的外环壁面与中空走线孔的内壁面连接，所述夹爪包括连接臂和设在连接臂下部的弧形夹持板，所述连接臂上部与夹爪气缸相连接，所述弧形夹持板与连接臂相连接部位设有容置凹槽，所述弧形夹持板下部设有由多个算盘珠状凸起组合形成的凸起部，沿着所述凸起部中部至凸起部端部方向排列分布的算盘珠状凸起的直径逐渐增大，所述弧形夹持板上还开设有竖向的贯穿长槽。

5.如权利要求4所述的用于干细胞培养的机械臂，其特征在于，所述第二支撑板的一侧还设有第一摄像装置，所述第一摄像装置包括第一相机支架、第一微型相机，所述第一相机支架与第二支撑板相连接，所述第一微型相机设在第一相机支架内。

6.如权利要求1所述的用于干细胞培养的机械臂，其特征在于，所述支撑框架的另一端还设有第三Z轴直线模组，所述第三Z轴直线模组与Y轴直线模组相垂直，所述第三Z轴直线模组包括第三Z轴滑轨、第三Z轴电机、第三Z轴丝杆以及第三Z轴滑块，所述第三Z轴滑轨的底部与支撑框架相连接，所述第三Z轴丝杆设在第三Z轴滑轨上，所述第三Z轴滑块上设有第三Z轴丝杆螺母，所述第三Z轴滑块通过第三Z轴丝杆螺母与第三Z轴丝杆配合，实现所述第三Z轴滑块在第三Z轴滑轨上相对于第三Z轴丝杆移动，所述第三Z轴电机设在第三Z轴滑轨的一端，所述第三Z轴电机的动力输出端与第三Z轴丝杆的一端配合，用以为第三Z轴丝杆提供动力，所述第三Z轴滑块上设有培养瓶夹持装置，所述培养瓶夹持装置包括第三支撑板、夹瓶气缸、至少一对夹臂，所述第三支撑板设在第三Z轴滑块上，所述夹瓶气缸设在第三支撑板上，所述夹臂设在夹瓶气缸下部，通过夹瓶气缸使夹臂夹紧或张开，所述夹臂的下部设有夹板，所述夹板外表面设有横纵交织分布的凹槽。

7.如权利要求6所述的用于干细胞培养的机械臂，其特征在于，所述第三Z轴滑轨后端侧面上还设有第四Z轴直线模组，所述第四Z轴直线模组与Y轴直线模组相垂直，所述第四Z轴直线模组包括第四Z轴滑轨、第四Z轴电机、第四Z轴丝杆以及第四Z轴滑块，所述第四Z轴滑轨后端侧面与第三Z轴滑轨后端侧面相连接，所述第四Z轴丝杆设在第四Z轴滑轨上，所述第四Z轴滑块上设有第四Z轴丝杆螺母，所述第四Z轴滑块通过第四Z轴丝杆螺母与第四Z轴丝杆配合，实现所述第四Z轴滑块在第四Z轴滑轨上相对于第四Z轴丝杆移动，所述第四Z轴电机设在第四Z轴滑轨的一端，所述第四Z轴电机的动力输出端与第四Z轴丝杆的一端配合，用以为第四Z轴丝杆提供动力，所述第四Z轴滑块上设有第二摄像装置，所述第二摄像装置包括第二相机支架、第二微型相机，所述第二相机支架设在第四Z轴滑块上，所述第二微型相机设在第二相机支架内。

8.如权利要求2所述的用于干细胞培养的机械臂，其特征在于，所述X轴滑轨的一侧、Y轴滑轨的一侧、第一Z轴滑轨的一侧均设有第一拖链长槽，所述第一拖链长槽内设有第一拖链。

9.如权利要求3所述的用于干细胞培养的机械臂，其特征在于，所述第二Z轴滑轨的一侧设有第二拖链长槽，所述第二拖链长槽内设有第二拖链。

10.如权利要求7所述的用于干细胞培养的机械臂，其特征在于，所述第三Z轴滑轨的一侧以及第四Z轴滑轨的一侧均设有第三拖链长槽，所述第三拖链长槽内设有第三拖链。

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