CN116586135A - 全自动分杯无人工作站 - Google Patents

Abstract

本发明提供全自动分杯无人工作站，属于仪器检测技术领域，包括工作架，工作架上分别设置有夹持模块、开关盖模块、样品管架更换模块、孔板更换模块、自动筛枪头模块和变距移液枪模块，开关盖模块设置在工作架顶部的中间，开关盖模块上设置有第一扫码器，变距移液枪模块设置在工作架上部的左侧，夹持模块设置在工作架中部的右侧，孔板更换模块设置在工作架下部的左侧，孔板更换模块上设置有第二扫码器，样品管架更换模块设置在工作架下部的右侧，且样品管架更换模块设置在夹持模块的下方，样品管架更换模块上设置有样品管，自动筛枪头模块设置在工作架下部的后侧，且自动筛枪头模块设置在设置样品管架更换模块和孔板更换模块的一侧。

Description

全自动分杯无人工作站

技术领域

本发明涉及仪器检测技术领域，尤其涉及全自动分杯无人工作站。

背景技术

在病毒检测、血液检测或分析实验中，样品前期处理是一个非常重要的步骤。样品前期处理环节耗时最长，步骤最繁琐，样品前处理的好坏不仅直接影响最终分析结果，而且还会影响分析仪器的使用寿命。根据国际LG-GC杂志对世界100多个实验室进行的统计，样品前处理所花费的时间占整个分析过程的61％，分析过程中样品前处理产生的误差最大，高达30％。

样本前期处理包含：分杯(采样管转孔板、采样管转冻存管)、纯化、富集等操作。而分杯是前期处理的第一个步骤，直接影响着整个分析过程的效率。以血液检测为例，我国医院每日血液检测量大、专业性和技术性强，涉及生物安全问题，甚至是相关专业的卫校学生都不能操作，只能依赖有限的专业技术人员。由于不同样品的储存架、或相同样品不同尺寸的储存架，相邻两储存孔之间有不同的中心距，如储存核酸管的48孔架和96孔架的相邻孔中心距不同，这会导致工作站夹取装置与普遍使用的储存架不适配，也就需要检测机构配备与工作站适配的定制储存架，并且需要人工将运输来的样品管转移到定制储存架中，增加了人工成本，降低了自动化工作程度和工作效率。

目前市场上的分杯工作站多为“单管工作”，即每次动作只能完成一个样品管的分杯，少部分工作站为“多管工作”，但是它们存在的普遍问题都是自动化程度不够高，需要人工将样品管转移到定制储存架中，需要人工介入操作过多，存在自动化程度低、转换效率低及缺少样本储存功能等问题，不能满足日益增长的快速检测需求和临床实际使用需求，样本分杯也就成了一个亟需破解的难题。因此需要提供一种全自动分杯无人工作站。

发明内容

本发明的目的在于提供全自动分杯无人工作站，解决现有自动化程度低、转换效率低及可持续工作时间短的技术问题。本发明提供的工作站实现了样本管的精准、高效分杯，该工作站性能稳定、自动化程度高、适配性高，能够在一段较长的时间内持续工作，并且配备有视觉系统实时监测分杯，既可应用于大规模病毒检测、血液检测，也可应用于样本库等场所进行冻存管的全自动化移液分装。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

全自动分杯无人工作站，包括工作架，工作架上分别设置有夹持模块、开关盖模块、样品管架更换模块、孔板更换模块、自动筛枪头模块和变距移液枪模块，开关盖模块设置在工作架顶部的中间，开关盖模块上设置有第一扫码器，变距移液枪模块设置在工作架上部的左侧，夹持模块设置在工作架中部的右侧，孔板更换模块设置在工作架下部的左侧，孔板更换模块上设置有第二扫码器，样品管架更换模块设置在工作架下部的右侧，且样品管架更换模块设置在夹持模块的下方，样品管架更换模块上设置有样品管，自动筛枪头模块设置在工作架下部的后侧，且自动筛枪头模块设置在设置样品管架更换模块和孔板更换模块的一侧；

自动筛枪头模块包括枪头存储装置、枪头推送装置、自动筛枪头装置、枪头盒自动更替装置和枪头盒推送装置，枪头存储装置和枪头推送装置分别设置在样品管架更换模块的一侧，且枪头存储装置设置在枪头推送装置上，自动筛枪头装置设置在枪头推送装置的下方，枪头盒自动更替装置和枪头盒推送装置分别设置在孔板更换模块的一侧，且枪头盒自动更替装置与枪头盒推送装置固定连接。

进一步地，夹持模块上设置有夹持竖直丝杠和夹持水平丝杠，夹持竖直丝杠和夹持水平丝杠分别固定设置在工作架上，夹持竖直丝杠带动夹持模块在竖直方向上运动，夹持水平丝杠带动夹持模块在水平方向上运动，夹持模块包括气动柔性夹爪和夹持连接板，夹持连接板分别与夹持竖直丝杠和夹持水平丝杠固定连接，夹持连接板上等距设置有若干组第一调节孔，气动柔性夹爪穿过第一调节孔设置在夹持连接板上，气动柔性夹爪的数量设置为四个。

进一步地，开关盖模块包括气动旋转刚性夹爪、两块连接板和步进电机，两块连接板固定连接在在工作架顶部的中间，两块连接板上分别等距设置有若干组第二调节孔，步进电机的两侧分别通过第二调节孔设置在两块连接板之间，气动旋转刚性夹爪固定连接在步进电机的下方，气动旋转刚性夹爪和步进电机的数量分别设置为四个，相邻两个气动旋转刚性夹爪之间的间距与相邻两个气动柔性夹爪之间的间距相同。

进一步地，样品管架更换模块包括样品管架、第一无杆气缸、三轴气缸、样品管架回收丝杠和样品管架推送丝杠，样品管架回收丝杠和样品管架推送丝杠分别设置在工作架下部的右侧，样品管架回收丝杠和样品管架推送丝杠带动样品管架在竖直方向上运动，若干个样品管架设置在样品管架推送丝杠上，样品管架上设置有样品管，样品管架推送丝杠带动样品管架至气动柔性夹爪的下方，第一无杆气缸设置在工作架中部的右侧，且第一无杆气缸设置在样品管架回收丝杠和样品管架推送丝杠的上方，第一无杆气缸驱动样品管架在水平方向上运动，三轴气缸设置在第一无杆气缸的滑块上，三轴气缸的伸缩平面上设置有L型打印件。

进一步地，孔板更换模块包括孔板、孔板推送丝杠、第二无杆气缸和孔板回收丝杠，孔板推送丝杠和孔板回收丝杠分别设置在工作架下部的左侧，孔板推送丝杠和孔板回收丝杠带动孔板在竖直方向上运动，若干块孔板设置在孔板推送丝杠上，孔板推送丝杠带动孔板至待处理位置，第二无杆气缸设置在工作架中部的左侧，且第二无杆气缸设置在孔板推送丝杠和孔板回收丝杠的上方，第二无杆气缸驱动孔板至孔板回收丝杠处，第二无杆气缸上设置有第一吸盘。

进一步地，枪头存储装置包括塑料容器，塑料容器设置为上端开口、下端封口的立方体结构，塑料容器的四个侧面倾斜设置，塑料容器的前后两侧靠近底部的位置设置有两个孔，两个孔上设置有光轴，塑料容器的底面设置为旋转门，旋转门连接在光轴上且可绕着光轴旋转，塑料容器的数量设置为五个；

枪头推送装置包括齿条、齿轮和电机，两个电机分别设置在齿条一侧的下方，齿轮设置在电机的电机轴上，且齿轮与齿条的一侧啮合连接，塑料容器穿过齿条设置，且塑料容器设置在齿条上，齿条两侧的下方分别设置有第一滑轨，第一滑轨上设置有第一滑块，第一滑块与齿条固定连接，齿条采用亚克力板。

进一步地，自动筛枪头装置包括筛盒、筛条、筛条变距板、薄型气缸和平面连杆机构，筛盒设置为下端和下端开口的方体结构，筛条变距板设置在筛盒前侧和后侧的下部，若干根筛条穿过筛盒前侧和后侧的下部卡接在筛条变距板上，薄型气缸设置在筛盒前侧和后侧的上部，且薄型气缸与筛条变距板固定连接，筛盒的左侧和右侧分别设置有第二滑轨，第二滑轨上设置有第二滑块，第二滑块分别与筛盒的左侧和右侧固定连接，平面连杆机构与筛盒的后侧固定连接。

进一步地，筛条变距板的中间开设有竖直滑槽，竖直滑槽的两侧分别对称开设有若干个倾斜滑槽，倾斜滑槽离竖直滑槽越远，倾斜角度越大。

进一步地，筛条包括筛体和两个圆柱头，两个圆柱头分别固定连接在筛体的两端，筛体的一端间隔设置有若干个凹槽，相邻两条筛体上的凹槽相对设置，筛条两端的圆柱头分别卡接在筛条变距板的竖直滑槽和倾斜滑槽上，筛条一体成型设置。

进一步地，枪头盒自动更替装置包括枪头盒、枪头盒承托板和旋转气缸，两个枪头盒对称设置在枪头盒承托板上，其中一个枪头盒设置在筛盒的正下方，枪头盒的每个孔位设置在相邻两条筛条上相对设置的凹槽正下方，枪头盒承托板设置在旋转气缸的转盘上，旋转气缸设置在筛盒的斜下方，旋转气缸的转盘旋转角度为0-180°。

进一步地，枪头盒承托板上对称设置有两组L型通孔，每组L型通孔设置有四个L型通孔，每个L型通孔卡接有枪头盒定位3D打印件，枪头盒设置在枪头盒定位3D打印件上。

进一步地，枪头盒推送装置包括抱具气缸和第三无杆气缸，第三无杆气缸上设置有第三滑块，第三滑块与抱具气缸的一端固定连接，第三无杆气缸驱动抱具气缸运动，抱具气缸的另一端通过第二吸盘与枪头盒固定连接。

进一步地，变距移液枪模块包括变距移液枪、第四无杆气缸和变距移液枪丝杠，第四无杆气缸和变距移液枪丝杠设置在工作架上部的左侧，变距移液枪设置在变距移液枪丝杠上，变距移液枪丝杠带动变距移液枪上下、前后运动，第四无杆气缸驱动变距移液枪在竖直方向上运动，变距移液枪上设置有枪头，变距移液枪与枪头通过枪管固定连接。

本发明由于采用了上述技术方案，具有以下有益效果：

1、本发明的夹持模块具有变距功能，设置的气动柔性夹爪之间的间距可根据实际情况进行调节，适用于不同样品的储存架、或相同样品不同尺寸的储存架，储存核酸管的48孔架和96孔架的相邻孔中心距不同也适用；在实现“多管工作”的同时能实现“即拿即用”，提高工作站的适配性，减少人工的介入，进一步提高工作站的自动化程度，进而提高工作效率。

2、本发明的开关盖模块具有变距功能，设置的气动旋转刚性夹爪具有旋转和夹紧功能，能够对样品管进行开盖和关盖，气动旋转刚性夹爪之间的间距也能够可根据实际情况进行调节，保证与气动柔性夹爪之间的间距相同，能够适应不同规格的架子，提高工作站的适配性，减少人工的介入，进一步提高工作站的自动化程度，进而提高工作效率。

3、本发明的样品管架更换模块能够自动更换样品管架，设置的样品管架推送丝杠的有效行程内可储存多个样品管架，同时样品管架推送丝杠能够将样品管架推送至待处理位置即气动柔性夹爪的下方；第一无杆气缸和三轴气缸将处理完样品管的样品管架转移到样品管架回收丝杠处，由样品管架回收丝杠进行回收处理完样品管的样品管架，样品管架回收丝杠的有效行程内可储存多个样品管架，无需人工介入，自动化程度高、适配性高，能够在一段较长的时间内持续工作。

4、本发明的孔板更换模块能够自动更换孔板，设置的孔板推送丝杠的有效行程内可储存多个孔板，同时孔板推送丝杠能够将孔板推送至待处理位置；第二无杆气缸将已处理的孔板转移到孔板回收丝杠处，由孔板回收丝杠进行回收已处理的孔板，孔板回收丝杠的有效行程内可储存多个孔板，无需人工介入，自动化程度高、适配性高，能够在一段较长的时间内持续工作。

5、本发明的自动筛枪头模块在工作时全程使用自动化、无人化工艺，省去了工作人员与枪头的接触，降低了人员感染、枪头污染、试剂污染的风险；一次可以完成一整盒枪头的装盒，通过1～2min的晃动即可完成96根枪头的装盒，工作效率高；还可根据不同容量的枪头，调整相应的结构，使其10至500微升枪头的装盒需求，具有通用性；配备了输送装置，可以配合其他机构一起使用，也可以单独工作，满足不同类型的需求，该工作站性能稳定、自动化程度高、适配性高，具有筛枪头速度足够快、枪头容量足够多的更换装置，且能够实现反应板(96孔板或384孔板)和样品管自动供应，能够在一段较长的时间内持续工作。

6、本发明能够实时监测变距移液枪的工作状况，提高吸液、滴液的精度，并能检测到视觉范围内的异物，若出现异物，则工作站马上报警并停止工作，确保样品不被污染和人员安全。

7、本发明的工作站具有信息存储功能，在夹取样品管进行转移的过程中，通过第一扫码器对样品管上的条形码进行扫码，录入待测样品管信息，并分配到孔板上的相应位置；在完成一个孔板的分杯后，通过第二扫码器对孔板上的条形码进行再次扫码，对比并确认每次移液是否准确到达孔板上预分配的位置，若移液位置与预分配的位置不重合，则系统报错。

8、本发明的工作站集成度高，集成了自动化开关盖、自动化条码识别、自动化管转板(或管转管)分液、自动化筛枪头、自动化装枪头、自动化枪头盒循环更替、高通量分杯，既可应用于大规模病毒检测、血液检测，也可应用于样本库等场所进行冻存管的全自动化移液分装。

附图说明

图1是本发明无人工作站的结构示意图；

图2是本发明自动筛枪头模块的结构示意图；

图3是本发明无人工作站的侧视图；

图4是本发明夹持模块的结构示意图；

图5是本发明夹持模块的后视图；

图6是本发明开关盖模块的结构示意图；

图7是本发明枪头存储装置与枪头推送装置的结构示意图；

图8是本发明自动筛枪头装置的结构示意图；

图9是本发明筛条的结构示意图；

图10是本发明枪头盒自动更替装置与枪头盒推送装置的结构示意图；

图11是本发明枪头盒自动更替装置与枪头盒推送装置的侧视图；

图12是本发明变距移液枪的结构示意图。

附图中，1-夹持模块，11-气动柔性夹爪，12-夹持竖直丝杠，13-夹持水平丝杠，14-夹持连接板，15-第一调节孔，2-开关盖模块，21-气动旋转刚性夹爪，22-连接板，23-步进电机，24-第二调节孔，3-样品管架更换模块，31-样品管架，32-第一无杆气缸，33-三轴气缸，34-样品管架回收丝杠，35-样品管架推送丝杠，36-L型打印件，4-孔板更换模块，41-孔板，42-孔板推送丝杠，43-第二无杆气缸，44-第一吸盘，45-孔板回收丝杠，5-自动筛枪头模块，51-枪头存储装置，511-塑料容器，512-旋转门，513-固定板，52-枪头推送装置，521-齿条，522-齿轮，523-电机，524-第一滑轨，525-第一滑块，53-自动筛枪头装置，531-筛盒，532-筛条，5321-筛体，5322-两个圆柱头，5323-凹槽，533-第二滑块，534-筛条变距板，535-薄型气缸，536-平面连杆机构，537-竖直滑槽，538-倾斜滑槽，539-第二滑轨，54-枪头盒自动更替装置，541-枪头盒，542-枪头盒承托板，543-旋转气缸，544-L型通孔，545-枪头盒定位3D打印件，55-枪头盒推送装置，551-抱具气缸，552-第三无杆气缸，553-第三滑块，554-第二吸盘，6-变距移液枪模块，61-变距移液枪，62-第四无杆气缸，63-变距移液枪丝杠，64-枪头，65-枪管，7-工作架，8-第一扫码器，9-第二扫码器，10-样品管。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举出优选实施例，对本发明进一步详细说明。然而，需要说明的是，说明书中列出的许多细节仅仅是为了使读者对本发明的一个或多个方面有一个透彻的理解，即便没有这些特定的细节也可以实现本发明的这些方面。

如图1-12所示，全自动分杯无人工作站，包括工作架7，工作架7上分别设置有夹持模块1、开关盖模块2、样品管架更换模块3、孔板更换模块4、自动筛枪头模块5和变距移液枪模块6，开关盖模块2设置在工作架7顶部的中间，开关盖模块2上设置有第一扫码器8，变距移液枪模块6设置在工作架7上部的左侧，夹持模块1设置在工作架7中部的右侧，孔板更换模块4设置在工作架7下部的左侧，孔板更换模块4上设置有第二扫码器9，样品管架更换模块3设置在工作架7下部的右侧，且样品管架更换模块3设置在夹持模块1的下方，样品管架更换模块3上设置有样品管10，自动筛枪头模块5设置在工作架7下部的后侧，且自动筛枪头模块5设置在设置样品管架更换模块3和孔板更换模块4的一侧；自动筛枪头模块5包括枪头存储装置51、枪头推送装置52、自动筛枪头装置53、枪头盒自动更替装置54和枪头盒推送装置55，枪头存储装置51和枪头推送装置52分别设置在样品管架更换模块3的一侧，且枪头存储装置51设置在枪头推送装置52上，自动筛枪头装置53设置在枪头推送装置52的下方，枪头盒自动更替装置54和枪头盒推送装置55分别设置在孔板更换模块4的一侧，且枪头盒自动更替装置54与枪头盒推送装置55固定连接。本发明的工作站集成度高，集成了自动化开关盖、自动化条码识别、自动化管转板(或管转管)分液、自动化筛枪头、自动化装枪头、自动化枪头盒循环更替、高通量分杯，既可应用于大规模病毒检测、血液检测，也可应用于样本库等场所进行冻存管的全自动化移液分装。

如图1所示，样品管架更换模块3包括样品管架31、第一无杆气缸32、三轴气缸33、样品管架回收丝杠34和样品管架推送丝杠35，样品管架回收丝杠34和样品管架推送丝杠35分别设置在工作架7下部的右侧，样品管架回收丝杠34和样品管架推送丝杠35带动样品管架31在竖直方向上运动，若干个样品管架31设置在样品管架推送丝杠35上，样品管架31上设置有样品管10，样品管架推送丝杠35带动样品管架31至气动柔性夹爪11的下方，第一无杆气缸32设置在工作架7中部的右侧，且第一无杆气缸32设置在样品管架回收丝杠34和样品管架推送丝杠35的上方，第一无杆气缸32驱动样品管架31在水平方向上运动，三轴气缸33设置在第一无杆气缸32的滑块上，三轴气缸33的伸缩平面上设置有L型打印件36。样品管架推送丝杠35能够存储未处理的样品管架31，每当一个样品管,31中的所有样品管10都被处理完后，第一无杆气缸32和三轴气缸33负责将所有已处理的样品管架31转移到回收位置，转移样品管架31时，先通过三轴气缸33将样品管架31托起，由于样品管架31的形状不规则，且有多处镂空，无法通过真空吸附的方式托起样品管架31，考虑到架子的四边均向外伸出一定长度，使用三轴气缸33，并在三轴气缸33的伸缩平面上安装L型打印件36，当三轴气缸33的活塞杆向外伸出时，L型打印件36就与样品管架31的四边向外延伸段接触，进而托起样品管架31，然后通过第一无杆气缸32将样品管架31平移至回收位置，样品管架31在转移时不需要多地点起停，选择第一无杆气缸32(气缸只能在起点和终点停止)来带动样品管架31实现平移；三轴气缸33设置在第一无杆气缸32的滑块上跟随滑块平移，到达回收位置后，三轴气缸33的活塞杆缩回，从而放开样品管架31；被转移带回收处的样品管架31由样品管架回收丝杠34进行回收，在回收样品管架31时，样品管架回收丝杠34负责存储已处理的样品管架31，每运输来一个样品管架31，样品管架回收丝杠34就会下移一定高度，为下一次回收做好准备，如此往复，直至最后一个样品管架31。回收时需要多地点起停，且需要较高的定位精度，因此样品管架的回收由样品管架回收丝杠34来完成，样品管架回收丝杠34有效行程内可存储多个样品管架31。在样品管架31被转移后，样品管架推送丝杠35会将下一个样品管架31推送至待处理位置，如此往复，直至最后一个样品管架10被处理完。样品管架推送丝杠35能够实现多地点起停，且定位精度较高，因此样品管架31的推送由样品管架推送丝杠35来完成，样品管架推送丝杠35的有效行程内还可存储多个样品管架31。

如图1所示，孔板更换模块4包括孔板41、孔板推送丝杠42、第二无杆气缸43和孔板回收丝杠45，孔板推送丝杠42和孔板回收丝杠45分别设置在工作架7下部的左侧，孔板推送丝杠42和孔板回收丝杠45带动孔板41在竖直方向上运动，若干块孔板41设置在孔板推送丝杠42上，孔板推送丝杠42带动孔板41至待处理位置，第二无杆气缸43设置在工作架7中部的左侧，且第二无杆气缸43设置在孔板推送丝杠42和孔板回收丝杠45的上方，第二无杆气缸43驱动孔板41至孔板回收丝杠45处，第二无杆气缸43上设置有第一吸盘44。孔板推送丝杠42负责存储新的孔板41，每当一个孔板41中的所有孔都被使用后，第二无杆气缸43负责将所有已处理的孔板41转移到回收位置，在转移孔板41时不需要多地点起停，所以通过第二无杆气缸43气缸只能在起点和终点停止)来带动孔板41实现平移，考虑到孔板41外壳为规则的立方体，且外壳无镂空，且考虑到孔板41外壳质地较脆、易损坏，不适合用两侧夹持的方式夹紧孔板41，因此在第二无杆气缸43设置吸盘44来吸住孔板41，能有效的保护孔板41；被转移到回收位置的孔板41由孔板回收丝杠45进行回收，每运输来一个孔板41，孔板回收丝杠45就会下移一定高度，为下一次回收做好准备，如此往复，直至最后一个孔板41，由于回收时需要多地点起停，且需要较高的定位精度，所以孔板41的回收由孔板回收丝杠45来完成，孔板回收丝杠45有效行程内可存储多个孔板41；使用后的孔板41被转移后，孔板推送丝杠42会将下一个孔板41推送至待处理位置，如此往复，直至最后一个孔板41，由于在推送时需要多地点起停，且需要较高的定位精度，所以孔板41的推送由孔板推送丝杠42来完成，孔板推送丝杠42有效行程内可存储多个孔板41(孔板41个数与样品管架41个数相同)。

如图3-5所示，夹持模块1上设置有夹持竖直丝杠12和夹持水平丝杠13，夹持竖直丝杠12和夹持水平丝杠13分别固定设置在工作架7上，夹持竖直丝杠12带动夹持模块1在竖直方向上运动，夹持水平丝杠13带动夹持模块1在水平方向上运动，夹持模块1包括气动柔性夹爪11和夹持连接板14，夹持连接板14分别与夹持竖直丝杠12和夹持水平丝杠13固定连接，夹持连接板14上等距设置有若干组第一调节孔15，气动柔性夹爪11穿过第一调节孔15设置在夹持连接板14上，气动柔性夹爪11的数量设置为四个。夹持模块具有变间距功能，该功能是为了适配不同规格的架子。以核酸检测为例，20混1样品管的架子与10混1样品管的架子规格不同，20混1管架子的相邻孔中心距约为33mm，而10混1管架子的相邻孔中心距约为24mm，因此夹取不同规格的样品管10时，相邻气动柔性夹爪11的中心距也要改变，也就是具有多个工位，工位的个数可根据检测机构的实际检测需求而定。夹持模块1的运动由夹持竖直丝杠12和夹持水平丝杠13来实现。在架子中有许多排样品管10，在夹取到样品管10时需要通过夹持竖直丝杠12将样品管10提升一定高度，避免与其他构件冲撞；开盖与关盖时要有竖直方向的微量移动，才能进行拧盖；关盖后要将样品管10放入空架子中，且在处理完架子中一横排的样品管10后，夹持模块1通过夹持水平丝杠13前移一定的距离，对第二排的样品管10进行夹持，如此重复，直到处理完一整个架子中的样品管10，因此选择夹持竖直丝杠12和夹持水平丝杠13来满足多地点起停和微量移动的需求，且能保证较高的定位精度。夹持模块的四个气动柔性夹爪11负责夹取样品管10，并通过夹持竖直丝杠12和夹持水平丝杠13将样品管10运输至预先设定好的开盖位，在关盖后再将样品管10转移到预先放置好的空架子。由于样品管10强度较低，管身较脆，为了避免在夹持的时候损坏样品管10和样品管10上的条形码，因此选用气动柔性夹爪11作为夹持工具，气动柔性夹爪11与样品管10的接触面积相较于刚性夹爪增加了许多，能有效保护样品管10和条形码，且增大了摩擦力，有效避免了开关盖时出现打滑现象，保证后续的分杯工作能顺利进行。

如图6所示，开关盖模块2包括气动旋转刚性夹爪21、两块连接板22和步进电机23，两块连接板22固定连接在在工作架7顶部的中间，两块连接板22上分别等距设置有若干组第二调节孔24，步进电机23的两侧分别通过第二调节孔24设置在两块连接板22之间，气动旋转刚性夹爪21固定连接在步进电机23的下方，气动旋转刚性夹爪21和步进电机23的数量分别设置为四个，相邻两个气动旋转刚性夹爪21之间的间距与相邻两个气动柔性夹爪11之间的间距相同。开关盖模块2具有变间距功能，该功能是为了适配不同规格的架子。由于开关盖模块2的相邻气动旋转刚性夹爪21中心距要与夹持模块1的相邻气动柔性夹爪11中心距相同，因此当夹持模块1的气动柔性夹爪11变换中心距(变换工位)时，开关盖模块2的气动旋转刚性夹爪21也要变换到与夹持模块1的气动柔性夹爪11相对应的中心距(相对应的工位)。开关盖模块2的工位数与夹持模块1的工位数相同，同样根据检测机构的实际检测需求而定。开关盖模块2由四个气动旋转刚性夹爪21组成，负责对样品管10进行开盖和关盖。气动旋转刚性夹爪21的夹头有旋转和夹紧功能，夹头通气时向内合拢，抱紧样品管10，断气后自动复位，松开样品管10；在抱紧样品管10后，由步进电机23带动夹头旋转，从而对样品管10进行开盖和关盖。

如图2和7所示，枪头存储装置51包括塑料容器511，枪头64存储在塑料容器511中，塑料容器511设置为上端开口、下端封口的立方体结构，塑料容器511的四个侧面倾斜设置，能存储相较于普通方形容器更多的枪头64，塑料容器511的前后两侧靠近底部的位置设置有两个孔，这两个孔靠近塑料容器511底部角落，两个孔上设置有光轴，塑料容器511的底面设置为旋转门512，旋转门512为3D打印件，旋转门512连接在光轴上且可绕着光轴旋转，旋转门512的下面有一块固定板513，固定板513采用长方形亚克力板，当塑料容器511在固定板513的区域内时，固定板513可以顶住旋转门512，使枪头64留在当塑料容器511内，无法落下；当当塑料容器511在固定板513的区域外时，旋转门512由于重力作用绕着光轴向下旋转而打开，从而让枪头64落下，塑料容器511的数量设置为五个。枪头推送装置52包括齿条521、齿轮522和电机523，两个电机523分别设置在齿条521一侧的下方，齿轮522设置在电机523的电机轴上，且齿轮522与齿条521的一侧啮合连接，塑料容器511穿过齿条521设置，且塑料容器511设置在齿条521上，齿条521两侧的下方分别设置有第一滑轨524，第一滑轨524上设置有第一滑块525，第一滑块525与齿条521固定连接，齿条521采用亚克力板。齿轮522与齿条521采用亚克力板切割而成，齿条521为一个面积较大的长方形亚克力板，在齿条521的侧边切割出渐开线齿轮线条，中间开有5个方形通槽，由于存储枪头64的塑料容器511的四个侧面具有斜度，所以方形通槽可卡住塑料容器511，5个方形通槽总共可托住5个塑料容器511。电机523驱动齿轮522旋转，从而带动齿条521向前或向后运动，向前时，每伸出一个塑料容器511，该塑料容器511下方的旋转门512就会打开，枪头64下落到下方自动筛枪头装置53的筛盒531中；当所有塑料容器511都伸出后，所有枪头64均已下落，电机523反转，带动齿轮522反转，齿条521向回移动，当塑料容器511的旋转门512碰到下方的固定板513时，该固定板513可将旋转门512顶回原位，从而再次盖住塑料容器511底面。

如图8-9所示，自动筛枪头装置53包括筛盒531、筛条532、筛条变距板534、薄型气缸535和平面连杆机构536，筛盒531设置为下端和下端开口的方体结构，筛盒531的前侧和后侧开有许多方形通孔，筛条变距板534设置在筛盒531前侧和后侧的下部，若干根筛条532穿过筛盒531前侧和后侧的下部卡接在筛条变距板534上，薄型气缸535设置在筛盒531前侧和后侧的上部，且薄型气缸535与筛条变距板534固定连接，薄型气缸535的伸缩平面通过3D打印件与筛条变距板534相连，薄型气缸535的活塞伸缩带动筛条变距板534同步运动，筛盒531的左侧和右侧分别设置有第二滑轨539，第二滑轨539上设置有第二滑块533，第二滑块533分别与筛盒531的左侧和右侧固定连接，平面连杆机构536与筛盒531的后侧固定连接，平面连杆机构536带动筛盒531沿着第二滑轨539来回运动，达到对筛盒531中的枪头64进行振动的效果，让枪头64在振动过程中卡在筛条532之间的凹槽5323内；筛条变距板534的中间开设有竖直滑槽537，竖直滑槽537的两侧分别对称开设有若干个倾斜滑槽538，倾斜滑槽538离竖直滑槽537越远，倾斜角度越大；筛条变距板534为亚克力板切制而成，筛条变距板534上开有多个贯穿的滑槽，有一条竖直的滑槽位于板的中间位置(中立位)，其余滑槽关于竖直滑槽537左右对称，除竖直滑槽537外，其余滑槽均有倾斜角度，离竖直滑槽537越远，则倾斜角度越大。筛条532包括筛体5321和两个圆柱头5322，两个圆柱头5322分别固定连接在筛体5321的两端，筛体5321的一端间隔设置有若干个凹槽5323，相邻两条筛体5321上的凹槽5323相对设置，筛条532两端的圆柱头5322分别卡接在筛条变距板534的竖直滑槽537和倾斜滑槽538上，筛条532一体成型设置。筛条532为长条形3D打印件，中间为长方体，两端有突出的圆柱头5322，圆柱头5322的直径比中间方形部分窄，筛条532可穿过筛盒531上的通孔安装在筛条变距板534的竖直滑槽537和倾斜滑槽538上；在筛条532长边的两个相对面上，每间隔一定距离就开有一定深度的凹槽5323，相邻凹槽5323之间的中心距等于枪头盒541中相邻孔的中心距；由于枪头64为锥体，上粗下细，因此两根筛条的各个凹槽5323相对，且筛条之间的距离得当，每个相对的凹槽5323就能卡住一个枪头64；筛条532的凹槽5323数量等于枪头盒541中孔的横排数，各相邻筛条532之间间隙的数量等于枪头盒541中孔的列数，所有筛条532卡住的枪头64就与枪头盒541中的孔一一对应。筛条532两端突出的圆柱头5322可在筛条变距板534的滑槽中滑动，当薄型气缸535的活塞伸出时，筛条变距板534被向下推动，筛条532的圆柱头5322沿着滑槽路径向斜上方扩开，相邻筛条532之间的间距增大，卡在筛条532间的枪头64因为筛条532间距增大而落下；当薄型气缸535的活塞缩回时，筛条变距板534被向上拉回，筛条532的圆柱头5322沿着滑槽路径向斜下方收回，相邻筛条532之间的间距减小，可再次卡住枪头64，为下一次筛选枪头64做准备。

如图10-11所示，枪头盒自动更替装置54包括枪头盒541、枪头盒承托板542和旋转气缸543，两个枪头盒541对称设置在枪头盒承托板542上，每个枪头盒541中能有序地排列96个枪头，其中一个枪头盒541设置在筛盒531的正下方，枪头盒541的每个孔位设置在相邻两条筛条532上相对设置的凹槽5323正下方，枪头盒承托板542设置在旋转气缸543的转盘上，旋转气缸543设置在筛盒531的斜下方，旋转气缸543的转盘旋转角度为0-180°，转盘就能在0°和180°两个位置往复转动；旋转气缸543安装在筛盒的侧面斜下方，枪头盒承托板542上其中一个枪头盒541的位置位于筛盒531的正下方，枪头盒541的每个孔位与上方筛盒531中的筛条532槽位一一对应，当薄型气缸535推动筛条变距板534，使筛盒531中的枪头落入到正下方枪头盒541的孔位中，从而使枪头盒541被插满枪头时，旋转气缸543的转盘转动180°，插满枪头的枪头盒541转出到工作位置，而另一个已经被使用完的枪头盒541则转入到筛盒531正下方等待插枪头，如此往复。枪头盒承托板542上对称设置有两组L型通孔544，每组L型通孔544设置有四个L型通孔544，每个L型通孔544上卡接有枪头盒定位3D打印件545，枪头盒541设置在枪头盒定位3D打印件545上。考虑到枪头盒541在枪头盒承托板542上的定位，以枪头盒541底面的尺寸为基准，在枪头盒承托板542上以该尺寸画出方形，在方形的四个角外围分别开出四个L型通孔544；枪头盒定位3D打印件整体为L型，下半部分与承托板上的L型通孔544对应，可穿过L型通孔544，上半部分也为L型，但是厚度大于下半部分，可卡在枪头盒承托板542上，考虑到枪头盒541摆放时可能出现偏移，将枪头盒定位3D打印件545上半部分的L型内侧面做成斜面，当枪头盒541位置偏移时，可通过斜面滑到正确的位置。枪头盒推送装置55包括抱具气缸551和第三无杆气缸552，第三无杆气缸552上设置有第三滑块553，第三滑块553与抱具气缸551的一端固定连接，第三无杆气缸552驱动抱具气缸551运动，抱具气缸551的另一端通过第二吸盘554与枪头盒541固定连接。第三无杆气缸552的第三滑块553上固连着抱具气缸551，当抱具气缸551吸住枪头盒541时，第三无杆气缸552的第三滑块553向上移动，将枪头盒541移动到桌面待使用位置；当被吸住的枪头盒541中的枪头被使用完时，第三无杆气缸552的第三滑块553向下移动到初始位置，然后抱具气缸551松开枪头盒541，枪头盒541被放置到枪头盒承托板542上；抱具气缸551前有第二吸盘554，第二吸盘554接入到真空气路，枪头盒541外壳为规则的立方体，且外壳无镂空，且枪头盒541外壳质地较脆、易损坏，不适合用两侧夹持的方式夹紧枪头盒541，因此使用第二吸盘554来吸住枪头盒541，能有效的保护枪头盒541。

如图3和图11所示，变距移液枪模块6包括变距移液枪61、第四无杆气缸62和变距移液枪丝杠63，第四无杆气缸62和变距移液枪丝杠63设置在工作架7上部的左侧，变距移液枪61设置在变距移液枪丝杠63上，变距移液枪丝杠63带动变距移液枪61上下、前后运动，第四无杆气缸62驱动变距移液枪61在竖直方向上运动，变距移液枪61上设置有枪头64，变距移液枪61与枪头64通过枪管65固定连接。变距移液枪61使用市面上已有的变距移液枪，变距移液枪61的枪管65间距可根据实际需求变化，变距移液枪61需插上枪头64后，才能进行吸取液体，吸取液体后进行滴液，最后将使用过的枪头64脱掉，换上新的枪头64；以96孔板为例，96孔板的孔位排列为8×12，即为8横排、12列，当第一横排的孔位都被使用后，变距移液枪61就需要使用第二横排，如此往复直到将孔位用尽，因此变距移液枪61有前后方向多地点起停需求，且变距移液枪61还需要左右移动来到达样品管10的位置才能吸取液体，滴完液体需要移动到脱枪头64的位置，因此变距移液枪61还有左右方向多地点起停的需求，故使用变距移液枪丝杠63带动变距移液枪61来完成水平面内的多地点起停；第四无杆气缸62带动变距移液枪61上下运动，将枪头,541、开盖后的样品管10、96孔板41协调到同一高度后，变距移液枪614在竖直方向只需要两个工位，即在一个高度内可以完成插枪头、吸液、滴液。

工作站的工作流程为：

1.准备分杯

工作人员放入样品管、孔板，并将枪头存入枪头存储装置的塑料容器中。

2.开始分杯：

①夹取：夹持模块夹取样品管(以48孔架子为例，孔的排列方式为8×6，而气动柔性夹爪有4个，若以8个管为一横排来夹取，即每次夹取4个管，2次夹取可处理一横排，再夹取下一排。夹取方式为“间隔夹取”，将一横排的管标号为1-8，第一次夹取1、3、5、7，第二次夹取2、4、6、8)，夹持竖直丝杠带动夹持模块上升，夹持水平丝杠带动夹持模块运动到开关盖模块的正下方，夹持竖直丝杠再次带动夹持模块上升，由开关盖模块夹紧样品管的盖子，夹持模块松开样品管，并向下移动为样品管旋转留出空间。

②扫码：开关盖模块旋转样品管，由扫码器对样品管上的条形码进行扫描，将每一个样品管分配到孔板上的一个对应孔位。

③开盖：夹持模块上行，再次夹住样品管，开关盖模块再次旋转，将管盖拧开(气动旋转刚性夹爪一直夹着盖子)，夹持模块下行，再往前移动，以便移液枪吸取液体。

在以上工作进行的同时，桌面下方的自动筛枪头模块在同步运行，枪头推送装置带动枪头存储装置向前运动，当第一个塑料容器伸出，其中的枪头落入下方的筛盒，然后平面连杆机构开始动作，带动筛盒在第二滑轨上往复运动，筛选枪头，在1-2分钟的筛选后，薄型气缸推动筛条变距板向下，筛条间距增大，筛选的枪头插入到下方枪头盒的孔位中，完成一个枪头盒的插枪头；然后旋转气缸动作，转盘旋转180°，将插满枪头的枪头盒转移到工作位置，空的枪头盒则转到筛盒下方，继续进行筛选。然后抱具气缸吸住工作位置的枪头盒，接着第三无杆气缸运行，第三无杆气缸的滑块带着抱具气缸和枪头盒上行，到达待使用位置，紧接着桌面上的变距移液枪通过变距移液枪丝杠驱动，到达待使用枪头盒的位置进行装枪头。

④吸液：变距移液枪装好枪头后，由变距移液枪丝杠驱动到达夹持模块夹持的样品管上方，再由第四无杆气缸驱动向下，移液枪的枪头伸入样品管内完成吸液。

⑤滴液：变距移液枪吸入液体后，由变距移液枪丝杠驱动到达孔板位置，再由第四无杆气缸驱动向下，变距移液枪枪头伸入到孔板中预先分配好的孔位内，再将枪头中的液体滴入孔中。

在吸液完成后，即在滴液流程进行的同时，要完成关盖，并进行下一次夹取、开盖。夹持竖直丝杠驱动夹持模块退回气动旋转刚性夹爪的正下方，夹持模块上行，气动旋转刚性夹爪夹紧管盖，再反向旋转，将盖子拧紧；然后气动旋转刚性夹爪松开盖子，夹持模块下行，并移动到回收位置，将样品管放入用于回收的样品管架中，接着重复刚才的夹取、开盖动作。

⑥脱枪头：在滴液完成后，变距移液枪丝杠驱动移液枪到达脱枪头的位置，将已使用过的枪头脱掉，为下一次装枪头做准备。

以上工作流程不断重复，直到所有枪头、样品管和孔板都用尽，再由工作人员来补充。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.全自动分杯无人工作站，其特征在于：包括工作架(7)，工作架(7)上分别设置有夹持模块(1)、开关盖模块(2)、样品管架更换模块(3)、孔板更换模块(4)、自动筛枪头模块(5)和变距移液枪模块(6)，开关盖模块(2)设置在工作架(7)顶部的中间，开关盖模块(2)上设置有第一扫码器(8)，变距移液枪模块(6)设置在工作架(7)上部的左侧，夹持模块(1)设置在工作架(7)中部的右侧，孔板更换模块(4)设置在工作架(7)下部的左侧，孔板更换模块(4)上设置有第二扫码器(9)，样品管架更换模块(3)设置在工作架(7)下部的右侧，且样品管架更换模块(3)设置在夹持模块(1)的下方，样品管架更换模块(3)上设置有样品管(10)，自动筛枪头模块(5)设置在工作架(7)下部的后侧，且自动筛枪头模块(5)设置在设置样品管架更换模块(3)和孔板更换模块(4)的一侧；

自动筛枪头模块(5)包括枪头存储装置(51)、枪头推送装置(52)、自动筛枪头装置(53)、枪头盒自动更替装置(54)和枪头盒推送装置(55)，枪头存储装置(51)和枪头推送装置(52)分别设置在样品管架更换模块(3)的一侧，且枪头存储装置(51)设置在枪头推送装置(52)上，自动筛枪头装置(53)设置在枪头推送装置(52)的下方，枪头盒自动更替装置(54)和枪头盒推送装置(55)分别设置在孔板更换模块(4)的一侧，且枪头盒自动更替装置(54)与枪头盒推送装置(55)固定连接。

2.根据权利要求1所述的全自动分杯无人工作站，其特征在于：夹持模块(1)上设置有夹持竖直丝杠(12)和夹持水平丝杠(13)，夹持竖直丝杠(12)和夹持水平丝杠(13)分别固定设置在工作架(7)上，夹持竖直丝杠(12)带动夹持模块(1)在竖直方向上运动，夹持水平丝杠(13)带动夹持模块(1)在水平方向上运动，夹持模块(1)包括气动柔性夹爪(11)和夹持连接板(14)，夹持连接板(14)分别与夹持竖直丝杠(12)和夹持水平丝杠(13)固定连接，夹持连接板(14)上等距设置有若干组第一调节孔(15)，气动柔性夹爪(11)穿过第一调节孔(15)设置在夹持连接板(14)上，气动柔性夹爪(11)的数量设置为四个。

3.根据权利要求1所述的全自动分杯无人工作站，其特征在于：开关盖模块(2)包括气动旋转刚性夹爪(21)、两块连接板(22)和步进电机(23)，两块连接板(22)固定连接在在工作架(7)顶部的中间，两块连接板(22)上分别等距设置有若干组第二调节孔(24)，步进电机(23)的两侧分别通过第二调节孔(24)设置在两块连接板(22)之间，气动旋转刚性夹爪(21)固定连接在步进电机(23)的下方，气动旋转刚性夹爪(21)和步进电机(23)的数量分别设置为四个，相邻两个气动旋转刚性夹爪(21)之间的间距与相邻两个气动柔性夹爪(11)之间的间距相同。

4.根据权利要求1所述的全自动分杯无人工作站，其特征在于：样品管架更换模块(3)包括样品管架(31)、第一无杆气缸(32)、三轴气缸(33)、样品管架回收丝杠(34)和样品管架推送丝杠(35)，样品管架回收丝杠(34)和样品管架推送丝杠(35)分别设置在工作架(7)下部的右侧，样品管架回收丝杠(34)和样品管架推送丝杠(35)带动样品管架(31)在竖直方向上运动，若干个样品管架(31)设置在样品管架推送丝杠(35)上，样品管架(31)上设置有样品管(10)，样品管架推送丝杠(35)带动样品管架(31)至气动柔性夹爪(11)的下方，第一无杆气缸(32)设置在工作架(7)中部的右侧，且第一无杆气缸(32)设置在样品管架回收丝杠(34)和样品管架推送丝杠(35)的上方，第一无杆气缸(32)驱动样品管架(31)在水平方向上运动，三轴气缸(33)设置在第一无杆气缸(32)的滑块上，三轴气缸(33)的伸缩平面上设置有L型打印件(36)。

5.根据权利要求1所述的全自动分杯无人工作站，其特征在于：孔板更换模块(4)包括孔板(41)、孔板推送丝杠(42)、第二无杆气缸(43)和孔板回收丝杠(45)，孔板推送丝杠(42)和孔板回收丝杠(45)分别设置在工作架(7)下部的左侧，孔板推送丝杠(42)和孔板回收丝杠(45)带动孔板(41)在竖直方向上运动，若干块孔板(41)设置在孔板推送丝杠(42)上，孔板推送丝杠(42)带动孔板(41)至待处理位置，第二无杆气缸(43)设置在工作架(7)中部的左侧，且第二无杆气缸(43)设置在孔板推送丝杠(42)和孔板回收丝杠(45)的上方，第二无杆气缸(43)驱动孔板(41)至孔板回收丝杠(45)处，第二无杆气缸(43)上设置有第一吸盘(44)。

6.根据权利要求1所述的全自动分杯无人工作站，其特征在于：枪头存储装置(51)包括塑料容器(511)，塑料容器(511)设置为上端开口、下端封口的立方体结构，塑料容器(511)的底面设置为旋转门(512)，塑料容器(511)的数量设置为五个；

枪头推送装置(52)包括齿条(521)、齿轮(522)和电机(523)，两个电机(523)分别设置在齿条(521)一侧的下方，齿轮(522)设置在电机(523)的电机轴上，且齿轮(522)与齿条(521)的一侧啮合连接，塑料容器(511)穿过齿条(521)设置，且塑料容器(511)设置在齿条(521)上，齿条(521)两侧的下方分别设置有第一滑轨(524)，第一滑轨(524)上设置有第一滑块(525)，第一滑块(525)与齿条(521)固定连接，齿条(521)采用亚克力板。

7.根据权利要求1所述的全自动分杯无人工作站，其特征在于：自动筛枪头装置(53)包括筛盒(531)、筛条(532)、筛条变距板(534)、薄型气缸(535)和平面连杆机构(536)，筛盒(531)设置为下端和下端开口的方体结构，筛条变距板(534)设置在筛盒(531)前侧和后侧的下部，若干根筛条(532)穿过筛盒(531)前侧和后侧的下部卡接在筛条变距板(534)上，薄型气缸(535)设置在筛盒(531)前侧和后侧的上部，且薄型气缸(535)与筛条变距板(534)固定连接，筛盒(531)的左侧和右侧分别设置有第二滑轨(539)，第二滑轨(539)上设置有第二滑块(533)，第二滑块(533)分别与筛盒(531)的左侧和右侧固定连接，平面连杆机构(536)与筛盒(531)的后侧固定连接。

8.根据权利要求1所述的全自动分杯无人工作站，其特征在于：枪头盒自动更替装置(54)包括枪头盒(541)、枪头盒承托板(542)和旋转气缸(543)，两个枪头盒(541)对称设置在枪头盒承托板(542)上，其中一个枪头盒(541)设置在筛盒(531)的正下方，枪头盒(541)的每个孔位设置在相邻两条筛条(532)上相对设置的凹槽(5323)正下方，枪头盒承托板(542)设置在旋转气缸(543)的转盘上，旋转气缸(543)设置在筛盒(531)的斜下方，旋转气缸(543)的转盘旋转角度为0-180°。

9.根据权利要求1所述的全自动分杯无人工作站，其特征在于：枪头盒推送装置(55)包括抱具气缸(551)和第三无杆气缸(552)，第三无杆气缸(552)上设置有第三滑块(553)，第三滑块(553)与抱具气缸(551)的一端固定连接，第三无杆气缸(552)驱动抱具气缸(551)运动，抱具气缸(551)的另一端通过第二吸盘(554)与枪头盒(541)固定连接。

10.根据权利要求1所述的全自动分杯无人工作站，其特征在于：变距移液枪模块(6)包括变距移液枪(61)、第四无杆气缸(62)和变距移液枪丝杠(63)，第四无杆气缸(62)和变距移液枪丝杠(63)设置在工作架(7)上部的左侧，变距移液枪(61)设置在变距移液枪丝杠(63)上，变距移液枪丝杠(63)带动变距移液枪(61)上下、前后运动，第四无杆气缸(62)驱动变距移液枪(61)在竖直方向上运动，变距移液枪(61)上设置有枪头(64)，变距移液枪(61)与枪头(64)通过枪管(65)固定连接。