CN115676218A - 一种大批量生物样本低温存储系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大批量生物样本低温存储系统，包括：壳体、密集存储机构、冻存架抓取机构以及出入库机构。通过上述方式，本发明一种大批量生物样本低温存储系统，通过优化冻存架提取方式以及冻存架的集中存储方式，不仅使得样本存储的数量成倍数级增加，而且可以降低样本的存储成本，还提高了整机系统的安全性、智能化程度和柔性，提高了效率。

Description

一种大批量生物样本低温存储系统

技术领域

本发明涉及用于存储生物样本的自动化系统技术领域，特别是涉及一种大批量生物样本低温存储系统。

背景技术

目前生物样本的低温存储技术形式多样，但是对于大批量样本的应用场景存储管理是依靠增加设备数量，由此带来的设备投入大，也为实际使用带来不便。

另外，目前冻存架抓手的传统设计为笼式抓手，但是这种抓手结构需要为其预留大量的活动空间，且其只能取放位于抓手底部的冻存架，这样导致冻存架仅能设计在底部，而浪费了大量上部空间。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种大批量生物样本低温存储系统，具有可靠性能高、定位精确、结构紧凑等优点，同时在存储生物样本的自动化系统的应用及普及上有着广泛的市场前景。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：

提供一种大批量生物样本低温存储系统，包括：壳体，密集存储机构和冻存架抓取机构密封分隔设置于壳体内，冻存架抓取机构活动设置于密集存储机构内。

所述出入库机构：用于对接外部周转装置和密集存储机构，并在低温环境下存取样本，从而实现样本的出入库；

所述密集存储机构：采用具有下层样本存储机构以及移动式上层样本存储机构的双层存储机构，以对装有试管架的冻存架进行密集式低温存储；

所述冻存架抓取机构：与双层存储机构和出入库机构配合运动，并对冻存架进行搬运提升，以实现冻存架的上下料以及样本的出入库。

在本发明一个较佳实施例中，所述壳体上设置有用于分别连接出入库机构和密集存储机构的转接口以及用于开闭转接口的保温分隔门。

在本发明一个较佳实施例中，所述保温分隔门包括互相独立的多个密封板、调节凸块、拨杆、带动拨杆旋转/伸缩的第一调节驱动装置以及带动拨杆升降运动的第二调节驱动装置，所述密封板从上往下依次滑动设置于所述转接口上，所述调节凸块设置于所述密封板上，第一调节驱动装置带动所述拨杆与所述调节凸块活动连接，第二调节驱动装置带动第一调节驱动装置和拨杆升降运动，使得拨杆与调节凸块配合抬起或放下密封板，从而打开或关闭转接口。

在本发明一个较佳实施例中，靠近密集存储机构的所述转接口上转动连接有缓存架，缓存架上设置有一个或多个用于缓存放置冻存架的缓存槽，其中，缓存架的外缘突出于转接口的内端口并延伸至密集存储机构内，以便存取冻存架。

在本发明一个较佳实施例中，所述出入库机构包括用于对接外部周转装置并对样本试管和/或试管架进行转移及识别的取料机构以及用于对接密集存储机构、取料机构和对外操作口并对样本试管和/或试管架进行取放转移的试管架抓取机构。

在本发明一个较佳实施例中，所述试管架抓取机构包括试管架抓手、机械手、水平直线模组、垂直直线模组，水平直线模组带动垂直直线模组水平运动，所述垂直直线模组带动机械手进行升降运动，机械手与试管架抓手相连接，以带动试管架抓手进行旋转、伸缩和开合。

在本发明一个较佳实施例中，所述壳体上设置有与样本转运作业区相连通的对外操作口，对外操作口内设置有试管架取放位，且对外操作口的内外侧上分别设置有密封保温门，用以在对外操作口形成便于存放试剂架的密封环境。

在本发明一个较佳实施例中，所述密集存储机构包括存储区框架，所述存储区框架内设置有用于存放冻存架的下层样本存储机构和上层样本存储机构，所述上层样本存储机构包括移动基板和稳定框架，所述稳定框架设置于每个所述移动基板上，以形成多个用于放置冻存架的腔体，多个所述移动基板活动设置于下层样本存储机构的上方，以形成容许冻存架抓取机构运动并抓取上下层样本存储机构中的冻存架的避让通道。

在本发明一个较佳实施例中，所述冻存架抓取机构包括X轴驱动装置、Y轴驱动装置、旋转驱动机构、抓手壳体、转动架、冻存架抓手、抓手升降驱动机构以及抓手伸缩驱动机构，所述抓手升降驱动机构设置于所述转动架内，并带动抓手伸缩驱动机构在所述转动架内升降运动，所述抓手伸缩驱动机构与所述冻存架抓手相连接，以带动冻存架抓手向外伸出或者向内缩回，所述转动架的上部活动设置于与所述抓手壳体内，所述旋转驱动机构带动转动架轴向旋转，所述Y轴驱动装置带动抓手壳体在横梁上来回运动，所述X轴驱动装置通过横梁带动Y轴驱动装置和抓手壳体沿X轴方向来回运动。

在本发明一个较佳实施例中，抓手伸缩驱动机构包括与抓手升降驱动机构相连接的伸缩连接架、用于安装冻存架抓手或抓手驱动装置的安装座、分别与伸缩连接架和安装座滑动连接的伸缩板，一级伸缩驱动组件带动所述伸缩板在伸缩连接架上进行一级伸缩运动，所述伸缩板上设置有两组结构相同且安装和运动方向相反的二级伸缩驱动组件，二级伸缩驱动组件包括转动设置于伸缩板上的二级链轮以及与二级链轮活动连接且两端分别与伸缩连接架和安装座固定连接的二级链条，使得伸缩板在进行伸缩运动的同时，通过二级伸缩驱动组件同步带动安装座进行二次伸缩运动，从而实现冻存架抓手的多级伸缩驱动。

本发明的有益效果是：通过优化冻存架提取方式以及冻存架的集中存储方式，不仅使得样本存储的数量成倍数级增加，而且可以降低样本的存储成本，还提高了整机系统的安全性、智能化程度和柔性，提高了效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，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，下面描述中的附图仅仅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它的附图，其中：

图1是本发明的一种大批量生物样本低温存储系统一较佳实施例的俯视结构示意图；

图2是本发明的一种大批量生物样本低温存储系统一较佳实施例的结构示意图；

图3是本发明的一种大批量生物样本低温存储系统一较佳实施例中出入库机构的结构示意图；

图4是本发明的一种大批量生物样本低温存储系统一较佳实施例中上层样本存储机构的结构示意图；

图5是本发明的一种大批量生物样本低温存储系统一较佳实施例中保温分隔门的结构示意图；

图6是本发明的一种大批量生物样本低温存储系统一较佳实施例中缓存转接机构和冻存架抓取机构的结构示意图；

图7是本发明的一种大批量生物样本低温存储系统一较佳实施例中冻存架抓取机构的结构示意图；

图8是本发明的一种大批量生物样本低温存储系统一较佳实施例中冻存架抓取机构下降抓取以及提升冻存架的状态示意图；

图9是本发明的一种大批量生物样本低温存储系统一较佳实施例中冻存架抓取机构下降伸出抓取以及提升冻存架的状态示意图；

图10是本发明的一种大批量生物样本低温存储系统一较佳实施例中密封开盖装置的结构示意图；

图11是本发明的一种大批量生物样本低温存储系统一较佳实施例中对外操作口的结构示意图。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-11，本发明实施例包括：

一种大批量生物样本低温存储系统，实现了样本存储的完全自动化及信息化管理，且实现了样本动态智能化的存取功能。

其主要分为以下几个部分：壳体1、密集存储机构、冻存架抓取机构4、出入库机构以及软件控制系统。

（1）壳体

所述壳体主要由保温层板构成，整个壳体内分为存储区12、样本转运作业区11和维修区13，且不同分区通过保温板（门）分隔开，所述密集存储机构和所述冻存架抓取机构设置于存储区，所述出入库机构设置于所述样本转运作业区内。

进一步优选的，存储区内部保持-75℃至-85℃的低温，样本转运作业区内部保持-20℃至-40℃，有效保障在不同作业阶段时样本的安全性。

进一步优选的，存储区和样本转运作业区内采用独立双系统制冷，即包括冷气制冷系统和液氮制冷系统，当设备停电时，由外置的备用液氮制冷系统进行工作，以提供低温环境，从而全方面的保护生物样本安全。

进一步优选的，所述样本转运作业区上设置有通向维修区的维修门。

（2）出入库机构

所述出入库机构包括周转升降机构、取料机构22、双工位转换输送机构23、试管架抓取机构24、用于连通存储区和样本转运作业区的转接口25以及用于开闭转接口的保温分隔门26，所述周转升降机构设置于所述取料机构的下方，所述双工位转换输送机构设置于所述取料机构和所述试管架抓取机构之间。

进一步优选的，所述出入库机构还包括二维码拍照机构、RFID自动识别装置以及用于安装取料机构、双工位转换输送机构和试管架抓取机构的平台。

进一步优选的，所述转接口的大小与冻存架匹配（略大于冻存架），能容许冻存架出入即可。

进一步优选的，所述样本转运作业区的侧壁上设置有用于进行自动上下料的对接门27，所述对接门位于周转升降机构的前方。

进一步优选的，所述样本转运作业区的侧壁上设置有用于人工/自动化进出料的对外操作口28。对外操作口主要用于人工操作试管架的出入库作业，该工位设置有人工的试管架取放位，且对外操作口的内外侧上分别设置有自动化的密封保温门29，用以在对外操作口形成便于存放试剂架的密封环境。

进一步优选的，对外操作口内和/或外侧的密封保温门采用现有的保温门体结构。

或者，对外操作口的内侧的密封保温门也可以采用保温分隔门结构；外侧的密封保温门29也可以包括保温门体291、开合电机292、开合摆臂293、滚轮294，所述开合电机设置于壳体（或位于壳体内的电机支架295）上，所述开合摆臂的一端与开合电机相连接，另一端上转动设置有所述滚轮，所述保温门体上设置有与所述滚轮活动连接的槽体296。

当开合电机带动开合摆臂转动时，开合摆臂上的滚轮和槽体配合带动保温门体在对外操作口的外侧平移运动，以打开或关闭对外操作口。即由于开合摆臂上的滚轮是可以旋转的（不会卡死在槽体内），且所述滚轮位于所述槽体内，所以当开合电机带动开合摆臂向下转动时，滚轮的一侧会贴在槽体的外侧壁上，使得所述开合摆臂可以拉动保温门体向外平移运动，以打开对外操作口；当开合电机带动开合摆臂向上转动时，滚轮的另一侧会贴在槽体的内侧壁上，使得所述开合摆臂可以推动保温门体向内平移运动，以关闭对外操作口。

另外，所述对外操作口外侧的顶部和底部还可以设置有便于保温门体运动的导轨或者导槽。

进一步优选的，所述对外操作口内设置有用于提供低温环境的冷却装置以及用于去除试管或试管架上结霜或水珠的除湿去霜机构。其中，冷却装置可以使用本系统中的冷气制冷系统或液氮制冷系统，也可以增设独立的冷气制冷系统或液氮制冷系统；除湿去霜机构包括除湿装置以及去霜装置，除湿装置可以采用现有的抽风装置、吹氮气装置、排气过滤除湿装置等，去霜装置可以采用现有的除霜剂喷射装置、除霜毛刷等。

当进行人工/自动入库作业时，打开密封保温门，使用者将试管架放入到试管架取放位的定位位置；密封保温门关闭后向对外操作口内吹入冷气，同时进行除湿去霜作业；之后内侧密封保温门自动打开，试管架抓取机构将试管架抓取到相应的工作区域。当执行出库任务时，试管架抓取机构抓取试管架到内侧密封保温门口等待；密封保温门打开后将试管架放入相应位置，然后关闭内侧密封保温门；等待下发取件任务指令后打开外侧密封保温门，及时取出试管架，密封保温门自动关闭。

进一步优选的，所述样本转运作业区的侧壁上设置有可视窗口，以便观察转运作业的情况；所述存储区的侧壁上设置有与维修区相连通的抓手维修出口。

（2.1）周转升降机构：用于将装有生物样本料盒（或者样本试管周转盒）的外接周转装置210送至目标取料位。

所述周转升降机构包括用于承接放置周转装置的对接台211、对接驱动装置，所述对接驱动装置设置于所述平台的底部，并带动对接台向上运动至取料位。其中，对接驱动装置可以采用气缸、电机丝杠等驱动装置。

另外，还可以在所述对接台上设置一对接平移装置212，以带动周转装置在对接台上水平横移，从而调节其水平位置。为了进一步提高对接的精准性，伸缩台上的侧面可以通过升降滑轨滑动设置于所述平台底部的对接板上。

所述对接平移装置包括对接驱动气缸、伸缩台、对接传送带，所述伸缩台通过滑块与对接台上的滑轨相连接，所述对接传送带设置于所述伸缩台上，所述对接驱动气缸带动伸缩台在对接台上前后运动，以带动对接传送带向外伸出接收周转装置或带动周转装置向内缩回至上料位。另外，所述对接平移装置也可以直接采用传送带、气缸等驱动装置。

（2.2）取料机构：用于转移周转装置中的料盒，并将料盒中的生物样本试管取出拍照识别样本参数后转移至试管载盘中。

所述取料机构包括周转上料口220、密封开盖装置223、挑管抓手221、用于抓取密封开盖装置和周转装置中料盒的取盒抓手222以及带动挑管抓手和取盒抓手进行三轴运动的取料驱动机构，容许周转装置伸入的所述周转上料口设置于平台上，所述密封开盖装置与所述周转上料口活动连接，以密封或打开周转上料口，并与取盒抓手配合同时提起密封开盖装置和周转桶盖224。

其中，挑管抓手负责挑管，从载盘夹取试管到待出入库料盒或将料盒中的试管夹取到载盘中，抓手采用一套高柔性的设计，能够抓取试管直径从φ2mm-φ20mm；取盒抓手能兼容试管的抓取和周转桶孔洞盖的抓取。

进一步优选的，所述密封开盖装置包括开盖盖板225、复位弹簧226、扣紧槽227、夹持块228，容许取盒抓手穿过的所述扣紧槽设置于所述开盖盖板上，所述夹持块相对设置于所述开盖盖板的下方，并通过复位弹簧与所述开盖盖板的底部相连接，所述取盒抓手和所述夹持块配合夹紧或松开开盖盖板以及周转桶盖。

当周转装置到达取料位时，取盒抓手先下降并穿过扣紧槽，然后取盒抓手夹紧扣紧槽以固定开盖盖板，同时取盒抓手的下部带动夹持块向内运动，使得夹持块的底部夹紧/扣紧周转桶盖，然后取盒抓手向上升起，以同步带动开盖盖板和周转桶盖向上脱离并运动至指定的存放位置，以实现一个抓手的同时开两个盖的功能，简化设备往复动作，同时大大节省揭盖的节拍，优化设备的使用效率；当取盒抓手松开开盖盖板时，夹持块也在复位弹簧的作用下向外运动复位，使得夹持块与周转桶盖脱离。

其中，所述复位弹簧的轴向横向设置，其内端与所述开盖盖板相连接，外端与夹持块相连接。为了便于夹持块的运动，所述夹持块的顶部可以通过滑轨滑块或者滑槽等与开盖盖板底部滑动连接。

进一步优选的，挑管工位上设置有共两组用于放置试管架的挑管座229，这样可以用于试管与试管架的调换，挑管座的底部设置有夹持或定位机构（定位卡槽、定位卡块、定位孔、定位销等），不仅有利于试管架的定位精度，更好的配合挑管作业，同时让试管取放时保证试管架的稳定，不会随着试管的取放移动位置。

进一步优选的，取料机构还包括除霜装置，所述除霜装置可以采用现有的除霜剂喷射装置、除霜毛刷等，通过清洁试管及试管架底部，让后续的拍照读码更加精准高效，保证二维码识别的高效性。其中，除霜装置可以设置于挑管座上，也可以设置在挑管座、挑管抓手或取盒抓手等的四周，能去除试管或者试管架上的结霜即可。

进一步优选的，所述取料驱动机构可以分别独立带动挑管抓手和取盒抓手进行运动，也可以利用一组取料驱动机构同步带动挑管抓手和取盒抓手进行运动。其中，所述取料驱动机构包括X轴直线模组、Y轴直线模组和Z轴升降模组，为了进一步提高运动的精准性，Y轴直线模组可以与轨道框架上的滑轨滑动连接。

进一步优选的，还可以设置多处视觉拍照系统，用于对抓取试管的位置补偿，让抓取工作更加安全有效。

（2.3）双工位转换输送机构主要用于实现取料机构和试管架抓取机构间的转接功能，其可以采用传送带等输送装置来承载和输送试管架。

另外，双工位转换输送机构可以设置有相互平行的两组，以执行不同的输送任务，也可用作缓存位。

（2.4）所述试管架抓取机构包括试管架抓手240、2轴机械手241、水平直线模组242、垂直直线模组243，水平直线模组设置于平台上，并带动垂直直线模组水平运动，所述垂直直线模组带动2轴机械手进行升降运动，2轴机械手与试管架抓手相连接，以带动试管架抓手进行旋转和伸缩。

其中，2轴机械手可以包括抓手伸缩模组、抓手旋转模组、抓手连接座，所述抓手旋转模组带动抓手连接座转动，所述抓手伸缩模组设置于所述抓手连接座上，并带动试管架抓手前后伸缩运动，以抓取试管架。

所述试管架抓取机构主要负责以下任务：

（a）存储区出入作业：将试管架送入密集存储机构中，或将密集存储机构中的试管架取出并转运到其他工位；

（b）对外操作口取放作业：抓取对外操作口内的试管架并转运至其他工位，或将将其他工位上的试管架送入对外操作口内；

（c）挑管工位的试管架转运任务：抓取双工位转换输送机构上的试管架并转运至其他工位，或将其他工位上的试管架送回双工位转换输送机构。

（2.5）保温分隔门

保温分隔门活动设置于所述转接口上，以密封或者打开转接口，并将存储区和样本转运作业区隔开，防止不同温区互相导冷，从而保证整体温度的均衡和稳定。

所述保温分隔门包括相应尺寸的N个密封板260、调节凸块261、调节滑块、调节滑轨262、拨杆263、带动拨杆旋转/伸缩的第一调节驱动装置264以及带动拨杆升降运动的第二调节驱动装置，所述调节滑轨设置于转接口一侧或两侧的壳体上，每个密封板通过所述调节滑块与所述调节滑轨滑动连接，所述调节凸块设置于每个密封板的一侧或两侧上，第一调节驱动装置带动所述拨杆与所述调节凸块活动连接，第二调节驱动装置带动第一调节驱动装置和拨杆升降运动，使得拨杆抬起或放下调节凸块，从而实现每个密封板的独立升降运动。其中，密封板的升降高度只需满足目标冻存架或试管架的取放即可。

此种结构的所述保温分隔门可以有效防止冷量损失或破坏温区温度，而且升降范围小、速度快、效率高，同时还可以减小保温分隔门的空间尺寸要求。

进一步优选的，每个密封板上均设置有密封条，以在保温分隔门闭合时能起到密封作用。

进一步优选的，转接口上方设置有用于限制密封板升降高度的限位块265。

进一步优选的，第一调节驱动装置可以采用旋转电机直接或通过转动组件与拨杆相连接的方式来带动拨杆转动；或者或者第一调节驱动装置包括调节安装座、伸缩齿轮、伸缩电机264以及伸缩齿条，伸缩电机设置于所述调节安装座上，并带动调节安装座内的伸缩齿轮旋转，所述伸缩齿条活动设置于调节安装座内，并与所述伸缩齿轮啮合，所述拨杆设置于所述伸缩齿条上，伸缩电机带动伸缩齿轮旋转，使得伸缩齿条带动拨杆伸出或缩回调节安装座。

进一步优选的，所述第二调节驱动装置包括调节丝杠266以及驱动调节丝杠运动的调节驱动电机267，所述调节丝杠竖直设置于转接口的侧面，调节驱动电机与调节丝杠相连接，调节丝杠中的螺母通过调节连接架与第一调节驱动装置相连接，以带动第一调节驱动装置和拨杆升降。

当需要打开转接口执行任务时，调节丝杠升降运转以带动拨杆运动到对应的密封板位置处，第一调节驱动装置将拨杆伸出并顶到调节凸块，调节丝杠再次带动拨杆向上运动，以带动该密封板及其上方的密封板上升至一定的高度（该密封板下方的密封板保持不动），以打开部分或者全部的转接口。

（3）密集存储机构

所述密集存储机构包括由铝合金型材搭建的存储区框架31，所述存储区框架内设置有用于存放冻存架34的固定式矩形阵列下层样本存储机构32和移动式上层样本存储机构33。

所述上层样本存储机构包括移动基板330和稳定框架331，所述稳定框架设置于所述移动基板上，冻存架可以通过所述稳定框架顶部的导向口进入并存放在所述上层样本存储机构内，多个所述移动基板活动设置于下层样本存储机构上方的所述存储区框架上，并可以在所述存储区框架上来回移动，以调整出容许冻存架抓取机构抓取下层样本存储机构中的冻存架的避让通道，留作冻存架抓取机构的运动空间，这样不仅可以让使得冻存架抓取机构快速抓取任务目标样本，而且可以充分利用存储区框架内的空间，进行密集式存储，同时还可以兼容用于取放冻存架的冻存架抓取机构的移动作业的空间，从而在有限空间内实现的冻存架储存的最大化。

例如，当需要抓取下层某一位置的冻存架时，移动基板进行运动并远离该冻存架上方的空间，使得该冻存架的上方会留出足够冻存架抓手运动和抓取的间隙避让通道。当上下层储存区的空间一样时，移动基板不能铺满上层存储区域，以防止移动基板无法移动并形成避让通道。

进一步优选的，当以冻存架抓取机构沿着存储区框架顶部来回运动的方向设为X轴方向时，所述移动基板平行于X轴设置，以免阻碍存储区框架冻存架抓取机构的运动。

进一步优选的，每一个移动基板上设置有一平移驱动机构，以独立、自动调整移动基板的位置。

进一步优选的，所述平移驱动机构包括平移驱动电机332、平移齿条333、平移齿轮，所述平移驱动电机设置于所述移动基板上，并带动所述平移齿轮转动，与所述平移齿轮啮合的所述平移齿条设置于所述存储区框架上。当平移驱动电机运动时，平移齿轮和平移齿条配合，以带动移动基板在存储区框架上上来回运动。其中，移动基板两侧的平移齿轮可以通过传动轴互相连接；所述存储区框架上设置有与移动基板滑动连接的平移滑轨334。

所述下层样本存储机构呈矩形结构并固定阵列设置于存储区框架的底层，其包括上层固定架以及下层固定架，每所述上层固定架上设置有与冻存架对应且容许冻存架穿过的导向口，所述下层固定架用于承重定位，以承接冻存架。

进一步优选的，冻存架内从上往下依次设置有多个样本试管架。冻存架是按照试管架最小抓取尺寸设计的分层存储的框架结构，其可以由钣金进行支撑。

进一步优选的，冻存架顶部设置有匹配冻存架抓取机构的第一卡位结构，第一卡位结构包括卡槽、卡块等；冻存架底部设置有用于定位在存储区框架（移动基板和/或下层固定架）上的第二卡位机构，第二卡位机构包括定位孔、定位销等。

（4）冻存架抓取机构4

所述冻存架抓取机构包括X轴驱动装置、Y轴驱动装置、旋转驱动机构44、抓手壳体41、转动架42、冻存架抓手（夹爪）43、抓手升降驱动机构以及抓手伸缩驱动机构。

所述抓手升降驱动机构设置于所述转动架内，并通过升降连接架带动抓手伸缩驱动机构在所述转动架内升降运动，所述抓手伸缩驱动机构与所述冻存架抓手相连接，以带动冻存架抓手向外伸出或者向内缩回。

所述转动架的上部转动设置于与所述抓手壳体内，所述旋转驱动机构带动转动架轴向旋转，所述Y轴驱动装置与所述抓手壳体相连接，并带动所述旋转驱动机构和抓手壳体在横梁上来回运动，所述X轴驱动装置与横梁相连接，并通过横梁带动Y轴驱动装置、旋转驱动机构和抓手壳体沿X轴方向来回运动。

进一步优选的，所述抓手伸缩驱动机构可以采用伸缩气缸、伸缩丝杠、伸缩齿轮齿条等驱动机构；所述抓手伸缩驱动机构还可以采用类似多级伸缩货叉的结构，主要包括：与抓手升降驱动机构相连接的伸缩连接架490、用于安装冻存架抓手或抓手驱动装置的安装座491、分别与伸缩连接架和安装座滑动连接的伸缩板492。

所述伸缩连接架上设置有一组与伸缩板相连接的一级伸缩驱动组件493，以带动所述伸缩板在伸缩连接架上完成一级伸缩运动，所述伸缩板的一侧/两侧设置有两组结构相同且安装和运动方向相反的二级伸缩驱动组件，二级伸缩驱动组件包括转动设置于伸缩板上的二级链轮494以及与二级链轮活动连接且两端分别与伸缩连接架和安装座固定连接的二级链条495，使得伸缩板在进行伸缩运动的同时，通过二级伸缩驱动组件同步带动安装座进行二次伸缩运动，从而实现冻存架抓手的多级伸缩驱动。

在进行多级伸缩时：一级伸缩驱动组件通过伸缩板带动冻存架抓手进行一级伸出运动的同时，伸缩板上的一组二级链轮也向外伸出并向前拉动与其对应的一组二级链条，由于该二级链条的两端是固定的，所以二级链条的下端可以借助二级链轮的推力向外拉动安装座，从而实现冻存架抓手的二级伸出运动；一级伸缩驱动组件通过伸缩板带动冻存架抓手进行一级回缩运动的同时，伸缩板上的另一组二级链轮也向内回缩并向后拉动与其对应的一组二级链条，由于该二级链条的两端也是固定的，所以二级链条的下端可以借助二级链轮的拉力向内拉动安装座，从而实现冻存架抓手的二级回缩运动。

其中，一级伸缩驱动组件可以采用丝杠或涡轮蜗杆等进行伸缩板的伸缩驱动，即伸缩板与丝杠螺母或蜗杆固定连接，且伸缩驱动电机驱动与丝杠螺母螺纹连接的丝杆或与蜗杆啮合的涡轮转动，从而实现伸缩板的伸缩运动。一级伸缩驱动组件还可以采用链轮链条组件，即链轮转动设置于伸缩连接架上，绕设于链轮上的链条通过连接块与伸缩板固定连接，当伸缩驱动电机驱动链轮转动时，链条就可以带动伸缩板完成伸缩运动。

进一步优选的，所述冻存架抓手可以直接采用现有的集成式夹爪机构，也可以采用多种现有的驱动装置来实现两侧抓手在安装座上的相对运动，从而达到抓手开合的目的，例如：通过螺母与两侧夹爪活动连接的双向丝杠、通过涡轮与两侧夹爪活动连接的T型蜗杆（涡轮活动设置于夹爪上并与蜗杆啮合，蜗杆转动以通过无论带动夹爪开合）、齿轮齿条组合（齿条与夹爪相连接并与齿轮啮合，齿轮转动以通过齿条带动夹爪开合）等。

另外，所述夹爪上还可以设置有与第一卡位结构相配合的卡接机构（例如卡块、卡槽等）。

进一步优选的，抓手升降驱动机构可以采用齿轮齿条、升降气缸、传送带等机构进行升降驱动，或抓手升降驱动机构包括抓手升降驱动电机481、抓手升降驱动丝杠482，所述抓手升降驱动丝杠转动设置于抓手壳体内，抓手升降驱动电机通过同步轮同步带带动抓手升降驱动丝杠转动，抓手伸缩驱动机构与抓手升降驱动丝杠上的螺母固定连接，使得抓手升降驱动机构可以带动抓手伸缩驱动机构和冻存架抓手升降。

进一步优选的，旋转驱动机构可以采用旋转驱动电机441、旋转驱动蜗杆442、旋转驱动涡轮齿圈443，旋转驱动蜗杆转动设置于抓手壳体上的蜗杆座内，旋转驱动电机直接或者通过传动机构与旋转驱动蜗杆相连接，以带动旋转驱动蜗杆转动，与旋转驱动蜗杆啮合的旋转驱动涡轮齿圈环绕设置于所述转动架的上部，当旋转驱动电机带动旋转驱动蜗杆转动时，旋转驱动蜗杆通过旋转驱动涡轮齿圈带动转动架在抓手壳体内旋转。

另外，为了进一步提高转动架转动的稳定性和顺畅性，所述转动架的上部通过限位槽限位块、环形导轨等转动限位机构与抓手壳体活动连接，以防止转动架歪斜或者从抓手壳体中脱出等问题。其中，限位槽可以设置于转动架或抓手壳体上，与限位槽活动连接的限位卡块可以设置于抓手壳体或转动架上。

进一步优选的，X/Y轴驱动装置可以采用现有的直线模组进行驱动，也可以采用驱动电机、驱动齿轮与驱动齿条的配合结构进行驱动，还可以辅以导轨进行平移导向。

例如：X轴驱动齿条451设置于存储区框架的上方，Y轴驱动齿条452设置于横梁453上，且每个齿条上啮合连接有所述驱动齿轮，X轴驱动电机454设置于横梁上，Y轴驱动电机455设置于抓手框架上，X轴驱动电机带动驱动齿轮转动，从而使得横梁沿X轴方向设置的滑轨平移运动，Y轴驱动电机带动驱动齿轮转动，从而使得抓手框架在横梁上沿Y轴方向设置的滑轨平移运动。

所述冻存架抓取机构设计有水平、垂直方向的共5个运动轴系，可以在移动基板间隙中穿梭到任意位置，这样不仅能抓取底部的冻存架，也能抓取上层的冻存架，抓取方向可360°任意切换，并且尺寸空间要求小巧，提升设备整体效率。

即通过存储区框架顶部的两侧水平X轴、中间横梁运动的Y轴以及抓手框架的旋转，可以抓取任意位置、任意角度的冻存架，同时，抓手升降驱动机构能使冻存架抓手抓取存储区中底层的冻存架，抓手伸缩驱动机构能使冻存架抓手抓取上层冻存架，且在抓取冻存架后缩回抓手壳体内。

进一步优选的，靠近存储区的所述转接口的内侧转动连接有用于缓存冻存架的缓存转接机构，且缓存转接机构的外缘突出于转接口的内侧壁，以便存取冻存架。

进一步优选的，缓存转接机构包括缓存架46以及带动缓存架转动的转动驱动装置，所述缓存架上设置有多个用于放置冻存架的缓存槽47，可同时执行多组以上样本任务，缓存槽的进出料开口始终对外，每一个缓存槽中可以放置一组冻存架，所述缓存架可以通过转轴转动连接于转接口内，以实现不同转接位的切换。

其中，转动驱动装置可以采用转动电机直接驱动转轴，也可以配合同步轮同步带等传动组件与转轴相连接。

缓存转接机构可以通过缓存架上传感器自动与存储区冻存架抓取机构以及试管架抓取机构完成对接，同时能减少冻存架抓取机构的移动距离，提高设备整体效率。

当需要进行缓存操作时，缓存架转动，使得空的缓存槽运动至转接口外，所述冻存架抓取机构逐个抓取密集存储机构中的冻存架，并将其插入到缓存槽中；根据试管架抓取机构的抓取需求，缓存架旋转，使得对应的冻存架转动到转接口内并朝向保温分隔门，当保温分隔门打开后，试管架抓取机构即可伸入到转接口中并抓取对应的试管架。

（5）软件控制系统主要有以下模块：接口模块、库位管理模块、运动与控制模块、数据管理及监控模块和基础模块。

接口模块主要解决与上位系统的通讯及数据交互。

库位管理模块主要解决上位系统需求出入库任务的分解与分发到下级的设备控制模块。智能化的根据当前设备状态给出最优化的任务排序从而实现设备整体的最高效。

数据管理及监控主要实时反馈设备状态，各个参数数据，生成日志等。

基础模块是整机的语言配置，用户、权限管理。

本发明一种大批量生物样本低温存储系统的有益效果是：

（1）优化冻存架提取方式以及冻存架的集中存储方式，使得样本存储的数量成倍数级增加；

（2）通过集中样本管理、集中制冷，降低样本的存储成本；

（3）整机系统高安全性，高智能，高柔性，高效率。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种大批量生物样本低温存储系统，包括壳体，其特征在于，包括：密集存储机构和出入库机构密封分隔设置于壳体内，冻存架抓取机构活动设置于密集存储机构内，

所述出入库机构：用于对接外部周转装置和密集存储机构，并在低温环境下存取样本，从而实现样本的出入库；

所述密集存储机构：采用具有下层样本存储机构以及移动式上层样本存储机构的双层存储机构，以对装有试管架的冻存架进行密集式低温存储；

所述冻存架抓取机构：与双层存储机构和出入库机构配合运动，并对冻存架进行搬运提升，以实现冻存架的上下料以及样本的出入库。

2.根据权利要求1所述的一种大批量生物样本低温存储系统，其特征在于，所述壳体上设置有用于分别连接出入库机构和密集存储机构的转接口以及用于开闭转接口的保温分隔门。

3.根据权利要求2所述的一种大批量生物样本低温存储系统，其特征在于，所述保温分隔门包括互相独立的多个密封板、调节凸块、拨杆、第一调节驱动装置以及第二调节驱动装置，所述密封板从上往下依次滑动设置于所述转接口上，所述调节凸块设置于所述密封板上，第一调节驱动装置带动所述拨杆与所述调节凸块活动连接，第二调节驱动装置带动第一调节驱动装置和拨杆升降运动，使得拨杆与调节凸块配合抬起或放下密封板，从而打开或关闭转接口。

4.根据权利要求2所述的一种大批量生物样本低温存储系统，其特征在于，所述转接口上转动连接有缓存架，缓存架上设置有一个或多个用于缓存放置冻存架的缓存槽，其中，缓存架的外缘突出于转接口的内端口并延伸至密集存储机构内，以便存取冻存架。

5.根据权利要求4所述的一种大批量生物样本低温存储系统，其特征在于，所述出入库机构包括用于对接外部周转装置并对样本试管和/或试管架进行转移及识别的取料机构以及用于对接密集存储机构、取料机构和对外操作口并对样本试管和/或试管架进行取放转移的试管架抓取机构。

6.根据权利要求5所述的一种大批量生物样本低温存储系统，其特征在于，所述试管架抓取机构包括试管架抓手、机械手、水平直线模组、垂直直线模组，水平直线模组带动垂直直线模组水平运动，所述垂直直线模组带动机械手进行升降运动，机械手与试管架抓手相连接，以带动试管架抓手进行旋转、伸缩和开合。

7.根据权利要求1所述的一种大批量生物样本低温存储系统，其特征在于，所述壳体上设置有与样本转运作业区相连通的对外操作口，对外操作口内设置有试管架取放位，且对外操作口的内外侧上分别设置有密封保温门，用以在对外操作口形成便于存放试剂架的密封环境。

8.根据权利要求1所述的一种大批量生物样本低温存储系统，其特征在于，所述密集存储机构包括存储区框架，所述存储区框架内设置有用于存放冻存架的下层样本存储机构和上层样本存储机构，所述上层样本存储机构包括移动基板和稳定框架，所述稳定框架设置于每个所述移动基板上，以形成多个用于放置冻存架的腔体，多个所述移动基板活动设置于下层样本存储机构的上方，以形成容许冻存架抓取机构运动并抓取上下层样本存储机构中的冻存架的避让通道。

9.根据权利要求1所述的一种大批量生物样本低温存储系统，其特征在于，所述冻存架抓取机构包括X轴驱动装置、Y轴驱动装置、旋转驱动机构、抓手壳体、转动架、冻存架抓手、抓手升降驱动机构以及抓手伸缩驱动机构，所述抓手升降驱动机构设置于所述转动架内，并带动抓手伸缩驱动机构在所述转动架内升降运动，所述抓手伸缩驱动机构与所述冻存架抓手相连接，以带动冻存架抓手向外伸出或者向内缩回，所述转动架的上部活动设置于所述抓手壳体内，所述旋转驱动机构带动转动架轴向旋转，所述Y轴驱动装置带动抓手壳体在横梁上来回运动，所述X轴驱动装置通过横梁带动Y轴驱动装置和抓手壳体沿X轴方向来回运动。

10.根据权利要求9所述的一种大批量生物样本低温存储系统，其特征在于，抓手伸缩驱动机构包括与抓手升降驱动机构相连接的伸缩连接架、用于安装冻存架抓手或抓手驱动装置的安装座、分别与伸缩连接架和安装座滑动连接的伸缩板，一级伸缩驱动组件带动所述伸缩板在伸缩连接架上进行一级伸缩运动，所述伸缩板上设置有两组结构相同且安装和运动方向相反的二级伸缩驱动组件，二级伸缩驱动组件包括转动设置于伸缩板上的二级链轮以及与二级链轮活动连接且两端分别与伸缩连接架和安装座固定连接的二级链条，使得伸缩板在进行伸缩运动的同时，通过二级伸缩驱动组件同步带动安装座进行二次伸缩运动，从而实现冻存架抓手的多级伸缩驱动。

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