CN115720629A - 自动液体分配系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种从试剂容器分配流体的装置，所述试剂容器具有由控制器和出口组成的泵，移动该控制器将导致液体从出口流出。该装置包括泵致动器组件，泵致动器组件包括安装在试剂容器上的第一支架、接合控制器的第二支架，以及连接为相对于第一支架可移动第二支架的泵致动器；分配组件，包括分配喷嘴、喷嘴定位机构和柔性管，喷嘴定位机构将分配喷嘴移动通过多个位置，柔性管一端连接到分配喷嘴，另一端可连接到泵的出口；以及与分配组件和泵致动器组件连通的控制器，用于控制泵致动器和喷嘴定位机构。

Description

自动液体分配系统

相关申请交叉引用

本申请主张享有2020年6月4日提交的第63/034,773号美国临时专利申请的优先权，兹将该专利申请全文引用于此。

技术领域

本发明涉及液体分配。特定实施例涉及安全、精确地分配受控容量液体的装置、方法和系统。

背景技术

很多情况下，需要反复根据控制容量液体分配至容器。例如，许多实验室测试涉及向架子上多个试管中的样品添加试剂。工业强酸等试剂可能具有强腐蚀性和危险，并会产生有毒烟雾，受到安全法规严格监管。

现有液体分配系统包括：

·US8071053 to S.Matsuzaki et al.

·US10514329 to A.Toms

·US5260028 to T.Astle

·US5215377 to Y.Sugano

·US8262993 to D.Wiederin et al.

·US7469606 to D.Wiederin

·US6455316 to H.Turner et al.

·US5158748 to H.Obi et al.

·US4841786 to P.Schulz

·US20090261124 to D.Boll et al.

·US8668118 to H.Tsai et al.

·US8573443 to M.Natterer

·US8342369 to C.Hsu

·US7753238 to P.Kirschenbuhler

发明人已经确定需要改进装置、方法和系统，以安全、精确地分配受控容量液体。

发明内容

一方面，提供一种从试剂容器中分配流体的装置，所述试剂容器具有由控制器和出口组成的泵，移动该控制器将导致流体从出口流出。所述装置包括泵致动器组件，包括安装在试剂容器上的第一支架、与控制器接合的第二支架，以及连接为相对于第一支架移动第二支架的泵致动器；分配组件，包括分配喷嘴、使分配喷嘴在多个位置移动的喷嘴定位机构，以及一端连接到分配喷嘴和另一端可连接到泵出口的柔性管；以及与分配组件和泵致动器组件连通的控制器，用于控制泵致动器和喷嘴定位机构。

另一方面，提供一种试剂容器液体分配装置，该装置包括：泵致动器组件，用于使试剂容器流体从出口流出；分配组件，包括分配喷嘴；使分配喷嘴移动通过多个位置的喷嘴定位机构；以及柔性管，其一端连接到分配喷嘴，另一端可连接到泵的出口，以及与分配组件和泵致动器组件连通的控制器，用于控制泵致动器组件和喷嘴定位机构。

另一方面，提供一种从试剂容器分配液体的方法，所述试剂容器具有由控制器和出口组成的泵，移动该控制器将导致液体从出口流出。该方法包括：将泵致动器组件安装在试剂容器的泵上，该泵致动器组件包括安装在试剂容器上的第一支架、与控制器接合的第二支架和相对于第一支架移动第二支架的泵致动器；将柔性管一端连接到泵的出口，另一端连接到包括喷嘴定位机构的分配组件分配喷嘴；控制喷嘴定位机构，移动分配喷嘴通过多个预定位置，并且在启动泵致动器组件，从试剂容器分配预定量流体时，在每个预定位置暂停。

下文阐述了本发明的其他方面和示例实施例的细节。

附图说明

以下附图列出了实施例，其中相同附图标记表示相同部件。附图以示例而非限制方式示出实施例。

图1显示了本发明一个实施例的示例液体分配系统。

图2为图1中液体分配系统分配组件的剖视图。

图3显示了本发明一个实施例用于分配的示例液体分配系统。

图4显示了用于驱动图1液体分配系统泵致动器组件的示例脉宽调制曲线。

图5显示了从图1液体分配系统控制器到泵致动器组件的示例数字输出。

具体实施方式

下文描述了用于安全、精确地分配受控容量液体或其他流体的装置、方法和系统。在优选实施例中，本发明提供了与实验室环境中常用现有容器和泵配液器共同使用的装置。

为了图示简单和清晰，会在图中重复参考数字，以指示相应或类似元件。图中提供了许多细节，以方便对本文所示示例的理解。没有这些细节，这些示例也可以实施。在其他情况下，没有详细描述众所周知的方法、程序和组件，以免使得所描述示例难以理解。这些描述不应视为仅限于本文示例的范围。

图1显示了本发明一个实施例的示例配液系统10。所述系统10包括所述分配组件100、所述泵致动器组件200和所述控制器300。如下文进一步讨论的，所述系统10可通过用户与所述控制器300交互来激活。在一些实施例中，一旦被激活，控制器300将促使所述分配组件100的喷嘴定位机构移动所述分配喷嘴112通过试管T架子上方的多个位置，当所述喷嘴112在每个试管上方时，所述泵致动器组件200将喷射精确容量的液体。

在图1示例中，泵致动器组件200安装在带有瓶顶泵分配器P的标准实验室试剂瓶B上。泵P有柱塞，按压柱塞时，可使液体从出口O流出。泵致动器组件200包括具有第一支架204的主体202，第一支架204安装在试剂容器上。主体202中有马达或其他(未示出，如通过齿条齿轮机构或其他合适传动装置)连接的驱动器，以将杆206移入和移出主体202，并且杆206具有第二支架208，用于接合配液泵P的柱塞。

在其他实施例中，泵致动器组件200可不同于图1示例。例如，在一些实施例中，泵致动器组件200安装在其他类型的容器/分配器上，并且接合其他类型的泵，只要该泵有可能与分配组件100的柔性管(如下所述)相连的出口，且有通过移动使液体或流体从出口流出的某类控制器。在图示示例中，控制器是泵的柱塞，但是在其他实施例中，控制器可以是杠杆、刻度盘、开关、按钮、可挤压球或使流体从出口流出的其他机构。

在一些实施例中，泵致动器组件200包括电机控制泵，可直接从各种类型的储液器出口泵送液体，柔性管可连接到该出口。当分配酸等危险液体时，使用图1所示类型的机械泵送机构可能更安全，但是当分配不太危险的液体或其他流体时，可能无需这种安全考虑，因此在一些实施例中，可以替代和/或优选另一种形式的电机控制液体泵。

在图示示例中，分配组件100的喷嘴定位机构包括安装在底座104上的可旋转转台102。在图示示例中，底座104安装在托盘106上，托盘106具有凸起的边缘107，可以容纳溢出物。托盘106还包括用于保持试管架的凹槽108和用于保持滴液容器的凹槽109。

转台102包括从其上延伸的可延伸臂110，其末端配有分配喷嘴112。在图1所示示例中，分配喷嘴112包括位于臂110端部的管子。柔性管120连接到分配喷嘴112的顶部，柔性管120的另一端连接到泵P的出口O。孔眼114安装在靠近臂110底部的转台102，用于保持柔性管120向上远离喷嘴112。

在一些实施例中，要根据待分配液体的特性选择软管120和分配喷嘴112的内径。在一些实施例中，对于给定被分配液体的粘度，直径要足够大才能让泵P从分配喷嘴112分配液体，对于给定被分配液体的表面张力，直径要足够小，这样当泵P停止其泵送动作时，由于在分配喷嘴112处形成静态弯液面，可以防止气体进入分配喷嘴112或液体从分配喷嘴112进一步流出。

如图2所示，分配组件100的底座104中有安装板130，安装板130由固定偏航电机134驱动的偏航齿轮132。安装板130从底座104的底部升起，使得可能落到托盘106上并渗入底座104的液体不会与分配组件100内部部件接触。偏航电机134安装在转台102底部的另一个安装板136上，使得当偏航电机134启动时整个转台102可以旋转。推进电机138也安装在安装板136上，并与可延伸臂110上的齿140接合，从而在启动推进电机138后，臂110可以从转台102向内和向外移动。

在一些实施例中，臂110可配置有一个以上的分配喷嘴。例如，图3示出了具有三个分配喷嘴112A的示例液体分配系统10A(在图3示例中，所有三个喷嘴112A都在单个部件中，但是在其他实施例中，喷嘴112A可以由不同部件形成，例如臂110端部处于不同角度的三个单独管)。单独柔性管120-1、120-2、120-3连接喷嘴112A和三个单独试剂瓶B-1、B-2、B-3中的一个，并且每个瓶B-1、B-2、B-3有其自己的分配泵P，泵致动器200连接到分配泵P。在这样的实施例中，除了可延伸之外，臂110还可绕纵轴旋转。返回图2，在一些实施例中，臂110的旋转受到臂中辊槽142的影响，辊槽142由连接到辊齿轮机构144的销接合，辊齿轮机构144由辊马达146接合。滚动角传感器148测量臂110的滚动角，并向控制器300提供反馈。通过旋转臂110将连接到所需试剂瓶的喷嘴底部放置在臂110底部，可以控制臂110来分配各种不同试剂。例如，在一些实施例中，臂110围绕其水平轴线(滚动)旋转，将选定的一个喷嘴112A定位在试管T上，以适应要分配于管中的不同试剂，而不会发生错位或污染。

在一些实施例中，臂110也可移动，从而调节喷嘴112的高度。例如，在一些实施例中，臂110被连接起来，围绕其内端水平轴线枢转，使得喷嘴112的高度可以通过转动臂110来调节。

在一些实施例中，分配组件100可以其他方式适用于不同高度的试管。例如，一些实施例提供了固定高度的间隔环，间隔环具有与底座104相同的外径，插入底座104和托盘106之间，以便升高分配组件100。在一些实施例中，底座104和托盘106之间有可变高度的间隔环(电机驱动或者手动调节)，用于升高分配组件100。在一些实施例中，托盘106具有可变深度的凹槽(如具有可移动的底部或间隔物)。

在一些实施例中，分配组件100和泵致动器组件200的所有暴露部分均由耐腐蚀材料制成(如PVC或其他塑料)。例如，在一些实施例中，使用耐酸塑料3D打印部件，并且使用由聚醚醚酮(PEEK)构成的紧固件连接部件。

控制器300包括外壳302，外壳302内部配有分配组件100和泵致动器组件200的电机驱动器。控制器还包括连接到电机驱动器的微控制器或其他处理器。

在图示示例中，控制器300包括由显示器304、开关306和紧急停止装置308组成的用户界面。在其他实施例中，控制器300可以有不同的用户界面。例如，在一些实施例中，控制器300可以允许用户从多个预定分配顺序中选择一个输入。在一些实施例中，控制器300可向泵致动器的驱动器和喷嘴定位机构的电机提供脉宽调制(PWM)信号。

在一些实施例中，系统10包括嵌入托盘106中或安装在托盘106上的压力传感器、托盘106附近的光学传感器或检测试管架T存在的其他传感器。在此类实施例中，控制器300接收此类传感器的信号，如果信号指示不存在试管，则不会分配液体。

在一些实施例中，控制器300通过编程使分配组件100和泵致动器组件200执行预定动作序列。例如，参考图1，在一些实施例中，一旦用户激活控制器，控制器300即编程执行用于填充7×12矩形阵列中试管T的架子序列，其中喷嘴定位机构启动将分配喷嘴112顺序移动到84个单独试管的每一个，并且当喷嘴112在每个试管上时，泵致动器激活。通过所需管坐标重新编程，控制器300可以用于任何标准试管架(如21个定位(3×7)、40个定位(4×10)、60个定位(5×12)和90个定位(6×15))和定制试管架。类似地，在一些实施例中，控制器300与适用于特定类型的瓶B/泵P的泵致动器组件200一起使用，并且在一些实施例中，控制器300可以重新编程和/或重新校准，以便与适用于不同类型泵或容器的不同配置泵致动器组件一起使用，或者通过各种不同设置进行预编程，用于控制不同类型泵的泵致动器组件。在一些实施例中，配置控制器300在凹槽109滴液容器上移动喷嘴，并在执行填充序列之前使泵致动器移动一个或多个冲程，以确保柔性管充满液体。

在一些实施例中，从泵P分配的液体容量不仅受行程长度的影响，还受泵柱塞的速度和加速度的影响，控制器300可精确控制柱塞运动，从而精确控制分配到每个试管中的液体容量。例如，图4示出了一些实施例用于驱动泵致动器的示例PWM曲线。一旦触发事件发生(如控制器已经在试管上移动分配喷嘴，且确定喷嘴处于正确位置)，将有短暂的延迟，然后泵致动器向上加速柱塞，以稳定速度向上移动柱塞，然后减速，直到泵致动器已经移动通过预定向上距离，完成上泵。在冲程顶部，将有另一短暂延迟，然后泵致动器向下加速柱塞，以稳定速度向下移动柱塞，然后减速，直到泵致动器已经移回到其冲程底部，并且已经分配了所需容量的液体。图5示出了从控制器300微控制器到泵致动器的驱动器示例输出信号。

本文所述系统和方法的实施例可结合硬件和软件实施。这些实施例可以在可编程计算机上实现，计算机应包括至少一个处理器、数据存储系统(包括易失性存储器或非易失性存储器或其他数据存储元件，或其组合)、以及至少一个通信接口。例如，可编程计算机可以是服务器、网络设备、机顶盒、嵌入式设备、计算机扩展模块、个人计算机、笔记本电脑、个人数据助理、联网或自动驾驶车辆、云计算系统或移动设备。云计算系统可通过网络共享资源、软件和数据来交付计算服务。

程序代码可用于输入数据，执行本文所述功能，并生成输出信息。输出信息可应用于一个或多个输出设备，以显示效果区别。在一些实施例中，通信接口可以是网络通信接口。在元件可以组合的实施例中，通信接口可以是软件通信接口，如用于进程间通信的软件通信接口。在其他实施例中，可以有硬件、软件及其组合的通信接口组合。

程序可在高级程序或面向对象编程、脚本语言中或同时实现，以便与计算机系统通信。但如果需要，程序可以用汇编或机器语言来实现。在上述情况下，语言可以是编译或解释性语言。每个此类计算机程序可以存储在通用或专用可编程计算机可读的存储介质或设备(如ROM或磁盘)上，用于在存储介质或设备被计算机读取时配置和操作计算机，执行所述过程。该系统实施例也可以实现为配置有计算机程序的非暂时性计算机可读存储介质，其中存储介质的配置可以使得计算机以特定和预定义的方式执行本文所述功能。

此外，所述实施例的系统、过程和方法能够分布在计算机程序产品中，该程序产品包括承载一个或多个处理器的计算机可用指令的物理非暂时性计算机可读介质。介质可以以多种形式提供，包括一个或多个磁盘、光盘、磁带、芯片、磁性和电子存储介质等。计算机可用指令也可以是编译和非编译代码等多种形式。

本文所述实施例可涉及各种类型的计算应用，如图像处理和生成应用、计算资源相关应用、语音识别、视频处理、半导体制造等。通过说明性示例，这里可以结合图像相关应用来描述实施例。

在上述讨论中，可就服务器、服务、界面、门户、平台或由计算装置构成的其他系统进行各种引用参考。应当理解，这些术语代表具有至少一个处理器的一个或多个计算设备，处理器来执行存储在计算机可读有形非暂时性介质上的软件指令。例如，服务器可以包括一台或多台计算机，这些计算机作为web服务器、数据库服务器或其他类型的计算机服务器，用于完成所描述的角色、职责和功能。

本发明实施例的技术方案可以是软件产品的形式。软件产品可以存储在非易失性或非暂时性存储介质中，存储介质可以是光盘只读存储器(CD-ROM)、USB闪存盘或可移动硬盘。软件产品包括许多指令，使得计算机设备(个人计算机、服务器或网络设备)能够执行实施例中的方法。

本文所述实施例由物理计算机硬件实施，包括计算装置、服务器、接收器、发射器、处理器、存储器、显示器和网络。所述实施例提供了有效的物理机器和特别配置的计算机硬件。

应理解，许多具体细节的阐述是为了方便对本文所述示例性实施例的全面理解。然而，本领域普通技术人员可以理解，在没有具体细节的情况下，也可以实施所述实施例。在其他情况下，众所周知的方法、程序和组件并未详细描述，以免模糊本文描述的实施例。此外，该描述不应被视为以任何方式限制本文描述的实施例范围，而是仅描述本文各种示例实施例的实现。

本文描述提供了本发明主题的许多示例实施例。每个实施例都代表发明元素的单个组合，但是发明主题包括所公开元素的所有可能组合。因此，如果一个实施例包括元素A、B和C，而另一个实施例包括元素B和D，则即使没有明确公开，本发明主题也将包括A、B、C和D的其他组合。

根据前述公开内容，本领域技术人员应理解，可对本文所述方法和系统进行多种变更和修改。上文已经讨论了许多示例性方面和实施例，但是本领域技术人员明白可以作某些修改、置换、添加和子组合。因此，所附权利要求和此后引入的权利要求应解释为包括本领域技术人员可以合理推断出的所有修改、置换、添加和子组合。权利要求范围不应受到示例中所阐述实施例的限制，而应给予与之前发明一致的最广泛的解释。

在不脱离本发明精神和基本特征的情况下，本发明可体现为其他特定形式。所述实施例在所有方面都仅为说明性而非限制性的。

Claims (14)

1.一种从试剂容器分配流体的装置，所述试剂容器具有带控制器和出口的泵，移动所述控制器可使流体从出口流出，所述装置包括：

a.泵致动器组件，包括安装在试剂容器上的第一支架、接合所述控制器的第二支架、以及泵驱动组件，所述泵驱动组件连接为使所述第二支架相对于所述第一支架移动；

b.分配组件，包括分配喷嘴、喷嘴定位机构和柔性管，所述喷嘴定位机构被配置为移动所述分配喷嘴通过多个位置，所述柔性管一端连接到分配喷嘴，另一端可连接到泵的出口；

c.与所述分配组件和所述泵致动器组件连通的控制器，用于控制所述泵致动器和所述喷嘴定位机构。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述喷嘴定位机构包括可旋转安装在底座上的转台，所述转台包括相对于转台旋转轴径向突出的可延伸臂，并且在其远端具有分配喷嘴。

3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，喷嘴定位机构包括安装在底座底部上方第一安装板上的偏航齿轮，安装在转台底部第二安装板上的偏航电机，以及安装在第二安装板上的推进电机。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其特征在于，所述分配组件包括多个分配喷嘴，并且所述喷嘴定位机构配置为将所选择的一个分配喷嘴定位在分配位置上。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述喷嘴定位机构包括连接到滚动齿轮机构的滚动电机，可使所述可延伸臂绕其纵轴旋转。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的装置，其特征在于，所述控制器包括柱塞，并且所述泵致动器组件配置为按压所述柱塞。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的装置，其特征在于，所述柔性管内径根据被分配液体的表面张力进行选择，使得在泵停止泵送动作时在分配喷嘴处形成静态弯液面，从而防止气体进入分配喷嘴或液体从分配喷嘴112进一步流出。

8.一种从试剂容器分配流体的装置，该装置包括：

a.泵致动器组件，泵致动器可配置为使来自试剂容器的流体从出口流出；

b.分配组件，包括分配喷嘴、喷嘴定位机构和柔性管，所述喷嘴定位机构将移动分配喷嘴通过多个位置，所述柔性管一端连接到分配喷嘴，另一端可连接到泵的出口；

c.与所述分配组件和所述泵致动器组件连通的控制器，用于控制泵致动器组件和喷嘴定位机构。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述泵致动器组件包括由电机控制的泵。

10.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述试剂容器包括具有柱塞的手动泵分配器，并且其中所述泵致动器组件按压所述柱塞。

11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述泵致动器组件包括安装在所述试剂容器上的第一支架、接合所述柱塞的第二支架、以及连接为相对于第一支架可移动第二支架的泵致动器。

12.一种从试剂容器分配流体的方法，所述试剂容器具有带控制器和出口的泵，由此移动控制器使得流体从出口流出，所述方法包括：

a.将泵致动器组件安装在试剂容器的泵上，该泵致动器组件包括安装在试剂容器上的第一支架、接合控制器的第二支架和连接为相对于第一支架可移动第二支架的泵致动器；

b.将柔性管的一端连接到泵的出口，另一端连接到包括喷嘴定位机构分配组件的分配喷嘴；

c.控制喷嘴定位机构，移动分配喷嘴通过多个预定位置，并且在启动泵致动器组件从试剂容器分配预定容量流体时在每个预定位置暂停。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述喷嘴定位机构包括旋转安装在底座上的转台，所述转台包括相对于其旋转轴径向突出的可延伸臂，且在其远端有分配喷嘴，移动所述分配喷嘴通过所述多个预定位置，包括相对于底座旋转转台，同时延伸和缩回所述可延伸臂。

14.根据权利要求12或13所述的方法，其特征在于，所述泵控制器包括柱塞，并且启动泵致动器组件以分配所述预定容量流体依次包括：

a.从冲程底部向上加速柱塞；

b.以稳定速度向上移动柱塞；

c.使柱塞减速，直到泵致动器已经移动通过预定的向上距离，泵到冲程顶部；

d.在冲程顶部短暂停留；

e.向下加速柱塞；

f.以稳定速度向下移动柱塞；

使柱塞减速，直到泵致动器已经移回到冲程底部，并且已经分配了预定容量的流体。

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