CN113426319A - 实验室药品配制和分装机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种实验室药品配制和分装机器人，包括进样系统、计量系统、加温系统、搅拌系统、过滤系统、溶液分装系统、清洁系统和自动化控制系统；所述的自动化控制系统用于根据人工设置的参数对其他系统进行控制，从而完成实验室药品的配制和分装。所述的实验室药品配制和分装机器人可以根据人工设置的自动化控制参数，自动化和智能化完成实验室药品配制和分装的设备。
Description
技术领域
本发明涉及固体液体的配制和分装技术领域，特别涉及一种实验室药品配制和分装机器人。
背景技术
传统配制具有挥发性、强腐蚀性、有毒性药品的过程是：(1)量取(或称量):吸取一定体积的液态药品(或称量一定质量的固态药品)；(2)稀释：把浓溶液稀释、转移和定容(或把一定质量的固体溶解、转移和定容)；(3)混匀：使溶质和溶剂充分混合。最后把配制完毕的溶液进行分装。在化学药品配制和分装过程中，某些化学药品会形成微粒或气溶胶，通过皮肤、呼吸和接触进入人体内，危害实验人员的身心健康。如：浓盐酸急性中毒主要表现为头痛、头昏、恶心、咽痛、眼痛、咳嗽、声音嘶哑、呼吸困难、胸痛、胸闷等病症，严重者可引起化学性肺炎、肺水肿等病症。如长期在超过15mg/m3浓盐酸的环境下，人会得牙齿酸蚀症、慢性支气管炎等疾病。
在配制和分装具有挥发性、腐蚀性和有毒性药品过程中，实验员需要使用一次性手套、护目镜和口罩等耗材，来减少药品对实验人员的危害。如：一次性手套可以减少重铬酸钾与皮肤的接触，护目镜可以减少挥发型盐酸对人眼的伤害，口罩可以减少挥发型药品对呼吸系统的损坏！
一般学校配置实验员数量有限(一般1-2名)，但工作量很大。既要保证全年级学生的各种实验(无机、有机、仪器分析、环境监测、各级竞赛和技能集训等)，又要保证专业教师各类教学活动的需求(汇报课、信息化大赛和公开课等)。准备实验不仅需要各种玻璃仪器，还需要多种不同的化学试剂，并且准备试剂是提高工作效率的关键点。随着专业的发展和招生数量的增加，如何提高药品配制和分装效率是必然之举。
发明内容
本发明要解决的技术问题是根据实验室实际需求，量身定做一种实验室药品配制和分装机器人。它可以根据人工设置的自动化控制参数，自动化和智能化完成实验室药品配制和分装的设备。
本发明采用以下技术方案：
一种实验室药品配制和分装机器人，包括进样系统、计量系统、加温系统、搅拌系统、过滤系统、溶液分装系统、清洁系统和自动化控制系统，所述的药品配制过程在贮藏罐内进行；所述的进样系统用于将所需药品引入贮藏罐；所述的计量系统用于确保进样系统按照配制过程需要的量将药品引入贮藏罐；所述的加温系统用于为贮藏罐加热，从而加快药品溶解，所述的加温系统还可实时监控温度，当检测到实际温度高于设置温度时，加热系统将停止加热；所述的搅拌系统用于在配制过程中对贮藏罐内的溶液进行搅拌，从而加速溶质和溶剂的充分混合；所述的过滤系统用于过滤配制好的溶液中的杂质；所述的溶液分装系统用于将过滤后的溶液依据分装试剂瓶的大小进行定量分装；所述的清洁系统用于在溶液配制完成后清洁装置；所述的自动化控制系统用于根据人工设置的参数对其他系统进行控制，从而完成实验室药品的配制和分装。
上述技术方案中，进一步地，所述机器人的具体结构如下：所述的进样系统包括固体进样器和液体进样器；所述的固体进样器一端连接固体试剂瓶，另一端连接贮藏罐；所述的液体进样器一端连接液体溶质瓶，另一端连接隔膜泵，隔膜泵用于将液体引入贮藏罐；所述的计量系统包括固体计量器和液体计量器，所述的固体计量器用于精确称量固体进样器传输过来的固体药品，所述的液体计量器用于精确计量液体进样器传输过来的液体体积；所述的加热系统包括若干加热板，所述加热板固定于贮藏罐四周；所述的搅拌系统位于贮藏罐底部，搅拌系统采用旋转式搅拌器；所述的过滤系统由若干电磁阀和位于电磁阀中部溶液管道中的过滤膜组成，所述的电磁阀用于控制贮藏罐内的液体流向从而使液体通过过滤膜达到过滤的作用；所述的溶液分装系统设于过滤系统之后，所述溶液分装系统包括蠕动泵和分装传送带，所述的蠕动泵用于控制溶液的输出量，并将溶液输送到分装传送带上的试剂瓶中；所述的清洁系统位于贮藏罐最上方，连接实验室自来水和化学实验用水(化学实验用水指的是通过蒸馏、离子交换或过滤膜等方式处理过的水)，结合搅拌系统对装置进行清洗(清洁系统可将实验室自来水和化学实验用水输入贮藏罐中，清洗过程是先用自来水洗，再用化学实验用水清洗)；所述的自动化控制系统的操作界面安装有电容触摸液晶屏，内置电源电路和自动化控制程序，用于对其他各部分进行控制。
更进一步地，所述的液体进样器和固体进样器、液体计量器和固体计量器均由耐酸碱的聚四氟乙烯材料制成。
进一步地，过滤系统采用滤膜反冲式过滤系统。
进一步地，所述的溶液分装系统安装有红外光电对管。
进一步地，所述的清洁系统采用超声清洗方式对机器人进行清洗。所述的清洁系统安装有真空泵和非接触式液位传感器。
本发明的有益效果为：
采用本发明的机器人可以避免实验员在药品配制过程中受到危害；并且由于各系统可同步工作，可以显著提高药品的配制和分装效率。本发明中的计量系统也可大大提高配制溶液的精度：
1.计量系统采用高精度的蠕动泵，且蠕动泵还可以进行校正，大大提高了量取溶质的准确度；
2.可明显减少挥发性溶质的损失，提高配置溶液的精度。传统配置挥发性溶质的时候，一般采取量筒进行量取，量取溶质和转移溶质的时间会决定挥发溶质的损失量，还有就是溶质与溶剂的混合也会因为挥发溶质的扩散空间很大，空气流通等外界因素影响挥发性溶质的损失。而计量系统通过泵将溶质吸入管道直接运输至贮藏罐内，溶剂和溶质同时输入，在搅拌系统和溶质在溶剂的扩散的双重作用下，加速溶剂的稀释，减少化学药品的挥发性，并且把化学药品控制在贮液罐内，缩减挥发性药品的扩散空间和减少外界环境的影响。
3.提高多次配置溶液浓度的精确度。针对不同的化学药品性质不同，某些化学药品只能粗配溶液，再进行溶液的标定，才能得到准确浓度的化学溶液。如挥发性药品，但是因为本发明机器人操作流程的相对固定性，减少了很多人为的不可控因素，平行配置出来的溶液浓度相对人工平行配出来的溶液浓度相对稳定。
附图说明
图1是本发明的分装机器人的系统框图；
图2是本发明的分装机器人的结构示意图；
图3是本发明的分装机器人的工作流程图；
其中，进样系统1、计量系统2、加温系统3、搅拌系统4、过滤系统5、溶液分装系统6、清洁系统7、自动化控制系统8。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行进一步地说明。
如图1所示为本发明的一种实验室药品配制和分装机器人，由八大系统集合而成，分别是进样系统1、计量系统2、加温系统3、搅拌系统4、过滤系统5、溶液分装系统6、清洁系统7和自动化控制系统8。
1.进样系统。所述进样系统1是药品配制和分装机器人最基本和最重要的组成部分，它位于液体贮藏罐中心上端。根据化学药品的物理状态，进样系统1包括固体进样器和液体进样器。
液体进样器是由耐酸碱的聚四氟乙烯材料制成，能够有效防止配制化学药品的腐蚀(如：HCl、NH3.H2O等)，且具有以下功能：
(1)具有阻止浓缩试剂挥发的可调式试剂盖，可以在吸取试剂的时候有效阻止试剂的挥发。
(2)具有液体反冲式功能。液体化学药品吸取完毕后，液体进样器可以把残留在液体进样器内的挥发性试剂反冲至原化学药品试剂瓶内。这样一方面减少残余试剂的挥发，另一方面减少试剂对液体进样器的腐蚀，延长其使用寿命。
固体进样器是采用多轴分配的进样器方式，由电机、螺旋叶片和物料槽等部分组成，具有耐酸碱的聚四氟乙烯材料制作而成，能防止配制药品的腐蚀(如：NaOH等)，且具有以下功能：
(1)具有防酸碱功能，可以防止固体化学药品的污染，从而影响称量固体进样的准确性。
(2)具有可拆卸功能，可以及时清理残留或散落的化学药品，提高固体进样的准确性，延长其使用寿命。
2.计量系统。计量系统2是药品配制和分装机器人核心组成部分之一。它是根据配制试剂的浓度量取或称量药品的计量仪器。根据化学药品的物质状态，分为流量计式液体计量器和称量式固体计量器。
液体计量器是由耐酸碱的材料制作而成，能够精确计量溶质和溶剂的体积，且具有以下功能：
(1)具有定量吸取化学试剂的功能(精确度为0.05ml)，可以准确吸取自动化控制系统内设置的液体药品体积，保证配制溶液的浓度。
(2)具有定量累计溶液体积的功能。根据化学药品性质和配制溶液过程的不同，存在溶剂反复添加的情况。如：NaOH和K2Cr2O7溶液的配制：溶质+水+水等。因此，液体计量器应具有定量累加试剂功能，一方面是为了更加智能化的配制溶液；另一方面也是为了二次稀释达到循环利用的目的。
固体计量器采用多轴分配方式，由电机、螺旋片、物料槽等部件构成，具有精确称量固体溶质的功能(精确度为0.01g)，可以准确称量自动化控制系统8内设置的化学药品质量。
固体计量器和液体计量器可同时使用，显著提高了溶液的配制效率。
3.加温系统。加热板式的加温系统3位于贮藏罐中下方，主要是给贮藏罐内的溶剂加热，是药品配制分装机器人辅助化学药品快速溶解的组成部分。它且具有以下功能：
(1)具有可调式温度设置功能。因实验室使用的溶剂多数是水，为了防止加热引起的试剂挥发，所以加温系统3设置的温度范围是0-100℃。加温系统3可根据化学药品溶解度和温度曲线来确定具体的设置温度。这样有利于提高化学药品的溶解速度，缩短溶液的配制时间，提高工作效率。
(2)具有实时监控溶液温度功能。如果溶液的温度过高可能会造成部分化学药品分解、氧化等问题。为了避免因温度设置失灵所带来的不良影响，加温系统3设计了实时监控温度功能。当实际温度高于设置温度时，系统将停止加热，同时出现温度警示提醒。
4.搅拌系统。搅拌系统4位于液体贮藏罐的内部下方，具有外置旋转式搅拌功能(非360度旋转)，是药品配制分装和机器人辅助化学药品溶解和混合的重要组成部分。搅拌系统4具有外置旋转搅拌功能，一方面有利于溶剂和溶质的混合，另一方面是有利于溶液贮藏罐的后期清洗，还有一方面是有利于液体贮藏罐体积刻度的均匀分布。
搅拌器和进样器可同时使用，一方面是加速溶质的溶解，另一方面是使溶质和溶剂达到充分的混合。
5.过滤系统。滤膜反冲式的过滤系统5位于贮藏罐正下方的出口管道内，是药品配制和分装机器人过滤净化溶液杂质的组成部分。它具有以下功能
(1)过滤溶液中的杂质。因为某些溶液放置一段时间后会产生杂质，如：某些溶液中微生物的死亡而产生的白色絮状物；有些溶液与空气中的CO2反应，生产白色沉淀。因此，设置贮藏罐出口端的过滤系统5可以起到过滤溶液杂质功能，提高标定溶液的准确定和稳定性，避免玻璃仪器堵塞。
(2)具有反冲过滤膜的功能。反冲过滤膜功能，一方面减少了过滤膜的堵塞，提高溶液过滤流速；另一方面增加过滤膜重复利用的次数，节约过滤膜耗材的使用。
6.溶液分装系统，可实现开环式定量控制和闭环式探测分装。它可以把贮藏罐内配制好的溶液依据分装试剂瓶的大小进行定量分装和非空瓶试剂瓶的探测式定量智能化和自动化分装。溶液分装系统6安装有红外光电对管，具有自动探测功能，一方面是可自动探测溶液出口端与试剂瓶或滴瓶瓶口的相对位置，以便能够准确注液，否则警报系统就会自动报警；另一方面是可自动探测添加溶液的液面与试剂瓶或滴瓶瓶口的位置关系，防止分装溶液因过量而溢出；还有一方面可满足根据不同试剂瓶或滴瓶内溶液的残余量而添加不同溶液量。分装完成后，启动分装传送带，拖动下一个试剂瓶。
7.清洁系统。清洁系统7采用超声清洗，不仅能够清洁溶液贮藏罐和进出管道，还能起到保养设备的重要作用。它具有以下功能：
(1)具有输入清洁剂功能。系统的清洁剂主要是水。为此清洁系统7主要安装了两大部件：一是安装真空泵，解决输入口与水龙头位置高低所带来的压力差问题。二是非接触式液位传感器，防止因自动化控制系统8失灵清洁剂溢出溶液贮藏罐。
(2)具有排出清洁剂功能。清洁剂排出口位于液体贮藏罐的下方，有利于贮藏罐内残留液的排出。清洗时间到后启动蠕动泵排除废液。
8.自动化控制系统。自动化控制系统8是药品配制分装机器人的核心组成部分，是进样、计量、加温、搅拌等各动作准确运行的基础。自动化控制系统8安装电容触摸液晶屏，能够根据人工设置的自动化控制参数完成化学药品的配制和分装，也能实时部分监控其他系统的运行情况。
采用本发明的实验室药品配置和分装机器人可以显著提高药品的配制和分装效率，并且可以避免实验员在药品配制过程中受到危害。
Claims (6)
1.一种实验室药品配制和分装机器人，其特征在于，包括进样系统、计量系统、加温系统、搅拌系统、过滤系统、溶液分装系统、清洁系统和自动化控制系统，所述的药品配制过程在贮藏罐内进行；所述的进样系统用于将所需药品引入贮藏罐；所述的计量系统用于确保进样系统按照配制需要的量将药品引入贮藏罐；所述的加温系统用于为贮藏罐加热，从而加快药品溶解，所述的加温系统还可实时监控温度，当检测到实际温度高于设置温度时，加热系统将停止加热；所述的搅拌系统用于在配制过程中对贮藏罐内的溶液进行搅拌，从而加速溶质和溶剂的充分混合；所述的过滤系统用于过滤配制好的溶液中的杂质；所述的溶液分装系统用于将过滤后的溶液依据分装试剂瓶的大小进行定量分装；所述的清洁系统用于在溶液配制完成后清洁装置；所述的自动化控制系统用于根据人工设置的参数对其他系统进行控制，从而完成实验室药品的配制和分装。
2.根据权利要求1所述的实验室药品配制和分装机器人，其特征在于，所述机器人的具体结构如下：所述的进样系统包括固体进样器和液体进样器，所述进样系统位于储藏罐上方；所述的固体进样器一端连接固体试剂瓶，另一端连接贮藏罐；所述的液体进样器一端连接液体溶质瓶，另一端连接隔膜泵，隔膜泵用于将液体溶质引入贮藏罐；所述的计量系统包括固体计量器和液体计量器，所述的固体计量器用于精确称量固体进样器传输过来的固体药品，所述的液体计量器用于精确计量液体进样器传输过来的液体体积；所述的加热系统包括若干加热板，所述加热板固定于贮藏罐四周；所述的搅拌系统位于贮藏罐底部，搅拌系统采用旋转式搅拌器；所述的过滤系统由若干电磁阀和位于电磁阀中部溶液管道中的过滤膜组成，所述的电磁阀用于控制贮藏罐内的液体流向从而使液体通过过滤膜达到过滤的作用；所述的溶液分装系统设于过滤系统之后，所述溶液分装系统包括蠕动泵和分装传送带，所述的蠕动泵用于控制溶液的输出量，并将溶液输送到分装传送带上的试剂瓶中；所述的清洁系统位于贮藏罐最上方，连接实验室自来水和化学实验用水，结合搅拌系统对装置进行清洗；所述的自动化控制系统的操作界面安装有电容触摸液晶屏，内置电源电路和自动化控制程序，用于对其他各部分进行控制。
3.根据权利要求2所述的实验室药品配制和分装机器人，其特征在于，所述的液体进样器和固体进样器、液体计量器和固体计量器均由耐酸碱的聚四氟乙烯材料制成。
4.根据权利要求1所述的实验室药品配制和分装机器人，其特征在于，过滤系统采用滤膜反冲式过滤系统。
5.根据权利要求1所述的实验室药品配制和分装机器人，其特征在于，所述的溶液分装系统安装有红外光电对管。
6.根据权利要求1所述的实验室药品配制和分装机器人，其特征在于，所述的清洁系统安装有真空泵和非接触式液位传感器。
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