CN117000442B - 一种生物产业用高速定位冷冻离心机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种生物产业用高速定位冷冻离心机，属于生物产业自动化设备技术领域；包括冷水机、离心机外壳和转头，所述离心机外壳的上表面固定连接有上护板，所述上护板的上表面开设有凹槽，所述上护板的下侧设置有电机安装板，所述电机安装板的下表面固定连接有高速定位电机，所述转头位于凹槽内并与高速定位电机的输出端固定连接，所述高速定位电机的一侧设置有温度传感器。本发明采用了新型的电机控制系统和自动定位技术，可实现转头自动回零并按一定角度旋转，以便于机器人准确判断离心管的位置并顺利抓取，同时通过气缸推动实现离心机门盖的自动化开启，能够方便地集成到自动化设备中，提高操作效率和样品处理质量。

Description

一种生物产业用高速定位冷冻离心机

技术领域

本发明涉及生物产业自动化设备技术领域，特别涉及一种生物产业用高速定位冷冻离心机。

背景技术

高速冷冻离心机作为生物医学、材料科学、食品工业等领域中不可或缺的研究工具，随着自动化技术的发展，越来越多的实验室和工业生产线开始采用自动化设备来进行实验和生产。然而，目前的高速冷冻离心机采用的普通电机无法实现转头的自动回零并按一定角度旋转，这给自动化设备的集成带来了很大的困难。

传统的离心机通常需要手动操作，包括转子的安装和离心管的放置等，不仅操作繁琐，而且需要高技能的操作人员，容易出现操作失误和样品污染等问题。而在自动化实验流程中，自动化设备通常需要进行大量的样品处理，如果每次都需要手动操作离心机，将会严重影响实验效率和准确性。

经检索，专利申请号202221164387.0公布了一种高速冷冻离心机，利用吊杆进行减震，在离心机壳体底部还设置了若干减震弹簧，提高离心机的减震性能，但未涉及冷冻如何实现与转速范围，同时该离心机不能实现转头的自动定位与门板的自动化开启。专利申请号202111557544.4公布了一种提前预冷转子更换式高速冷冻离心机，分隔板的和隔温壁形成三个空间，解决对即将使用的转子进行预冷操作，减少工作中的冷却时间，快速的降温，但因缺少转子的自动定位功能，也不能实现自动化设备的集成。因此，实现高速冷冻离心机的自动化操作，是当前生物医学、材料科学、食品工业等领域中自动化设备集成的重要技术难题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种生物产业用高速定位冷冻离心机以解决现有的离心机门盖不能自动化开启，自动化设备中机器人无法准确判断离心管位置并顺利抓取的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

一种生物产业用高速定位冷冻离心机，包括冷水机、离心机外壳和转头，所述离心机外壳的上表面固定连接有上护板，所述上护板的上表面开设有凹槽，所述上护板的下侧设置有电机安装板，所述电机安装板的下表面固定连接有高速定位电机，所述转头位于凹槽内并与高速定位电机的输出端固定连接，所述高速定位电机的一侧设置有温度传感器，所述高速定位电机的外侧设置有冷却盘管，所述冷却盘管通过连接管与冷水机相连通，所述电机安装板的下表面边缘固定连接有多个橡胶减震器，所述橡胶减震器的底端固定连接有底座，所述底座与离心机外壳固定连接，所述上护板的上表面固定连接有门盖，所述门盖上开设有取放口，所述门盖内设置有与取放口相对应的开门机构，所述开门机构包括通过安装板固定连接在门盖内顶壁的笔形伸缩气缸，所述取放口处设置有弯折成型的开门盖板，所述开门盖板安装在笔形伸缩气缸的输出端。

优选地，所述离心机外壳的内部固定连接有内壳，所述内壳与离心机外壳之间形成有空腔，所述冷却盘管与连接管通过空腔内部的接头相连通。

优选地，所述温度传感器位于空腔的内部，所述温度传感器的温度探头伸入内壳的内部并位于前后两个橡胶减震器之间。

优选地，所述内壳的内壁固定连接有气凝胶保温层，所述冷却盘管位于气凝胶保温层与上护板之间。

优选地，所述高速定位电机采用带编码器的永磁无刷直流电机，转速为15000-20000r/min，所述高速定位电机可以自动回零，并按一定角度运行，角度定位精度±0.25度。

优选地，所述连接管的数量为两个，所述连接管为保温管。

优选地，所述凹槽的内部开设有通孔，所述通孔大于高速定位电机的输出轴。

优选地，所述笔形伸缩气缸的输出端固定连接有T形块，所述开门盖板的一侧固定连接有连接块，所述连接块上开设有与T形块相对应的T形槽，所述开门盖板的另一侧固定连接有滑块，所述门盖的内顶壁固定连接有与滑块相对应的导轨。

优选地，所述开门盖板包括固定部和活动部，所述固定部的一端固定连接有固定箱，所述活动部的一侧固定连接有活动板，所述活动板位于固定箱的内部并固定连接有活动块，所述活动块与固定箱的内壁之间固定连接有弹簧，所述门盖的内顶壁右侧固定连接有L形挡块，所述活动部的右侧开设有与L形挡块相对应的斜面。

本发明与现有技术相比，至少具有如下有益效果：

上述方案中，采用了新型的电机控制系统和自动定位技术，可实现转头自动回零并按一定角度旋转，以便于机器人准确判断离心管的位置并顺利抓取，同时通过气缸推动实现离心机门盖的自动化开启，能够方便地集成到自动化设备中，提高操作效率和样品处理质量，特别是在高通量的自动化实验流程中，该高速定位冷冻离心机能够大大提高实验效率和准确性，具有广泛的实际应用价值。

离心机转头直接安装到高速定位电机的输出轴上，实现了电机的直驱，避免传动损失，同时电机安装板通过四个橡胶减震器固定到转动底座上，减少电机高速转动引起的振动传递。

自动开门机构中的打开空间为开门盖板，面积较小，打开门后冷气损失小，电机旁设有温度传感器，进行温度的实时监测与控制，保证转头附近的低温环境，外侧的气凝胶保温层可以减少热损失，保证温度的均匀性，从而提高了离心机运行的安全性和运行效率。

开门时开门盖板向左移动，此时活动部上的斜面脱离L形挡块，弹簧的回复力带动活动板、活动块和活动部移动，从而使开门盖板在移动的过程中活动部脱离门盖，减少开门时的摩擦，关门时开门盖板移动到右侧后活动部上的斜面受到L形挡块的阻挡，此时活动部带动活动板和活动块滑动并拉伸弹簧，直至开门盖板上的活动部将门盖上的取放口堵住，从而不仅提高了开门盖板的使用寿命，而且关门后更加的紧密，较少冷气的损失。

附图说明

并入本文中并且构成说明书的部分的附图示出了本公开的实施例，并且与说明书一起进一步用来对本公开的原理进行解释，并且使相关领域技术人员能够实施和使用本公开。

图1为生物产业用高速定位冷冻离心机的立体结构示意图；

图2为生物产业用高速定位冷冻离心机的正视剖面结构示意图；

图3为生物产业用高速定位冷冻离心机的转头的结构示意图；

图4为生物产业用高速定位冷冻离心机的上护板的结构示意图；

图5为生物产业用高速定位冷冻离心机的开门机构的内部结构示意图；

图6为生物产业用高速定位冷冻离心机的图5中A处放大结构示意图；

图7为生物产业用高速定位冷冻离心机的开门机构的另一实施结构示意图；

图8为生物产业用高速定位冷冻离心机的图7中开门盖板的剖面结构示意图。

附图标记：

1、冷水机；2、离心机外壳；3、转头；4、上护板；5、凹槽；6、电机安装板；7、高速定位电机；8、温度传感器；9、冷却盘管；10、连接管；11、橡胶减震器；12、底座；13、门盖；14、取放口；15、开门机构；16、内壳；17、空腔；18、接头；19、气凝胶保温层；501、通孔；1501、安装板；1502、笔形伸缩气缸；1503、开门盖板；1504、T形块；1505、连接块；1506、T形槽；1507、滑块；1508、导轨；1509、固定部；1510、活动部；1511、固定箱；1512、活动板；1513、活动块；1514、弹簧；1515、L形挡块；1516、斜面。

如图所示，为了能明确实现本发明的实施例的结构，在图中标注了特定的结构和器件，但这仅为示意需要，并非意图将本发明限定在该特定结构、器件和环境中，根据具体需要，本领域的普通技术人员可以将这些器件和环境进行调整或者修改，所进行的调整或者修改仍然包括在后附的权利要求的范围中。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明提供的一种生物产业用高速定位冷冻离心机进行详细描述。同时在这里做以说明的是，为了使实施例更加详尽，下面的实施例为最佳、优选实施例，对于一些公知技术本领域技术人员也可采用其他替代方式而进行实施；而且附图部分仅是为了更具体的描述实施例，而并不旨在对本发明进行具体的限定。

需要指出的是，在说明书中提到“一个实施例”、“实施例”、“示例性实施例”、“一些实施例”等指示所述的实施例可以包括特定特征、结构或特性，但未必每个实施例都包括该特定特征、结构或特性。另外，在结合实施例描述特定特征、结构或特性时，结合其它实施例（无论是否明确描述）实现这种特征、结构或特性应在相关领域技术人员的知识范围内。

通常，可以至少部分从上下文中的使用来理解术语。例如，至少部分取决于上下文，本文中使用的术语“一个或多个”可以用于描述单数意义的任何特征、结构或特性，或者可以用于描述复数意义的特征、结构或特性的组合。另外，术语“基于”可以被理解为不一定旨在传达一组排他性的因素，而是可以替代地，至少部分地取决于上下文，允许存在不一定明确描述的其他因素。

可以理解的是，本公开中的“在……上”、“在……之上”和“在……上方”的含义应当以最宽方式被解读，以使得“在……上”不仅表示“直接在”某物“上”而且还包括在某物“上”且其间有居间特征或层的含义，并且“在……之上”或“在……上方”不仅表示“在”某物“之上”或“上方”的含义，而且还可以包括其“在”某物“之上”或“上方”且其间没有居间特征或层的含义。

此外，诸如“在…之下”、“在…下方”、“下部”、“在…之上”、“上部”等空间相关术语在本文中为了描述方便可以用于描述一个元件或特征与另一个或多个元件或特征的关系，如在附图中示出的。空间相关术语旨在涵盖除了在附图所描绘的取向之外的在设备使用或操作中的不同取向。设备可以以另外的方式被定向，并且本文中使用的空间相关描述词可以类似地被相应解释。

如图1-8所示的，本发明的实施例提供一种生物产业用高速定位冷冻离心机，包括冷水机1、离心机外壳2和转头3，转头3内可以放置多个离心管，离心机外壳2的上表面固定连接有上护板4，上护板4的上表面开设有凹槽5，上护板4的下侧设置有电机安装板6，电机安装板6的下表面固定连接有高速定位电机7，转头3位于凹槽5内并与高速定位电机7的输出端固定连接，可以实现高速定位电机7的直驱，避免传动损失，高速定位电机7的一侧设置有温度传感器8，高速定位电机7的外侧设置有冷却盘管9，冷却盘管9通过连接管10与冷水机1相连通，这样冷水机1使内部的冷却介质沿着冷却盘管9循环流动，使转头3处于低温环境，电机安装板6的下表面边缘固定连接有多个橡胶减震器11，橡胶减震器11的底端固定连接有底座12，底座12与离心机外壳2固定连接，这样通过橡胶减震器11可以减少电机高速转动引起的振动传递，上护板4的上表面固定连接有门盖13，门盖13上开设有取放口14，门盖13内设置有与取放口14相对应的开门机构15。

如图1和图2所示，在本实施例中，离心机外壳2的内部固定连接有内壳16，内壳16与离心机外壳2之间形成有空腔17，冷却盘管9与连接管10通过空腔17内部的接头18相连通，这样设置便于冷却盘管9与连接管10的连接，使用更加的方便。

如图2和图3所示，在本实施例中，温度传感器8位于空腔17的内部，温度传感器8的温度探头伸入内壳16的内部并位于前后两个橡胶减震器11之间。

这样设置温度传感器8进行温度的实时监测与控制，可以保证转头3附近的低温环境，最低可以达到-20摄氏度。

如图1和图2所示，在本实施例中，内壳16的内壁固定连接有气凝胶保温层19，冷却盘管9位于气凝胶保温层19与上护板4之间。

这样设置外侧的气凝胶保温层19可以减少热损失，保证温度的均匀性。

如图2和图3所示，在本实施例中，高速定位电机7采用带编码器的永磁无刷直流电机，转速为15000-20000r/min，高速定位电机7可以自动回零，并按一定角度运行，角度定位精度±0.25度，这样设置高速定位电机7可以更加精确的对转头3进行控制。

如图1所示，在本实施例中，连接管10的数量为两个，连接管10为保温管，这样设置连接管10的保冷效果更好，减少冷水机1传送的能量损失。

如图2和图4所示，在本实施例中，凹槽5的内部开设有通孔501，通孔501大于高速定位电机7的输出轴。

这样设置高速定位电机7振动时不会与上护板4发生摩擦，高速定位电机7更加稳定的带动转头3旋转。

如图2和图5所示，在本实施例中，开门机构15包括通过安装板1501固定连接在门盖13内顶壁的笔形伸缩气缸1502，取放口14处设置有弯折成型的开门盖板1503，开门盖板1503安装在笔形伸缩气缸1502的输出端。

这样设置使用时启动笔形伸缩气缸1502带动T形块1504、连接块1505和开门盖板1503移动，开门盖板1503移动后完成开门或关门。

如图5和图6所示，在本实施例中，笔形伸缩气缸1502的输出端固定连接有T形块1504，开门盖板1503的一侧固定连接有连接块1505，连接块1505上开设有与T形块1504相对应的T形槽1506，开门盖板1503的另一侧固定连接有滑块1507，门盖13的内顶壁固定连接有与滑块1507相对应的导轨1508。

这样设置开门盖板1503带动滑块1507沿着导轨1508移动更加的稳定，避免出现倾斜现象。

如图7和图8所示，在本实施例中，开门盖板1503包括固定部1509和活动部1510，固定部1509的一端固定连接有固定箱1511，活动部1510的一侧固定连接有活动板1512，活动板1512位于固定箱1511的内部并固定连接有活动块1513，活动块1513与固定箱1511的内壁之间固定连接有弹簧1514，门盖13的内顶壁右侧固定连接有L形挡块1515，活动部1510的右侧开设有与L形挡块1515相对应的斜面1516。

这样设置开门时开门盖板1503向左移动，此时活动部1510上的斜面1516脱离L形挡块1515，弹簧1514的回复力带动活动板1512、活动块1513和活动部1510移动，从而使开门盖板1503在移动的过程中活动部1510脱离门盖13，减少开门时的摩擦，关门时开门盖板1503移动到右侧后活动部1510上的斜面1516受到L形挡块1515的阻挡，此时活动部1510带动活动板1512和活动块1513滑动并拉伸弹簧1514，直至开门盖板1503上的活动部1510将门盖13上的取放口14堵住，从而不仅提高了开门盖板1503的使用寿命，而且关门后更加的紧密，较少冷气的损失。

本发明提供的技术方案，启动冷水机1开始制冷工作，将冷却介质从外部的冷水机引入，通过连接管10和冷却盘管9在内部循环带走离心机内部热量，同时高速定位电机7旁的温度传感器8会实时监测内部空间温度，并通过控制系统调节冷却介质的流量，保证离心机内部达到需要的低温，比如4摄氏度或其他合适的温度；

使用时启动笔形伸缩气缸1502伸长带动T形块1504、连接块1505和开门盖板1503向左移动，开门盖板1503移动到左侧后门盖13上的取放口14露出完成开门，接着控制系统发出指令让高速定位电机7与转头3回零，机器人抓取离心管从取放口14放入转头3，假如共放置四个离心管，则电机旋转90度后保持，然后机器人抓取第二个离心管放入转头，其余以此类推完成离心管的放置，然后启动笔形伸缩气缸1502收缩带动T形块1504、连接块1505和开门盖板1503向右移动，开门盖板1503移动到右侧后活动部1510上的斜面1516受到L形挡块1515的阻挡，此时活动部1510带动活动板1512和活动块1513滑动并拉伸弹簧1514，直至活动部1510将门盖13上的取放口14堵住完成关门；

然后启动高速定位电机7带动转头3和离心管高速旋转，高速定位电机7在运行过程中实现样品的离心，由于高速旋转会产生振动，橡胶减震器11起到减震作用，减少振动对自动化平台的影响，当离心机运行结束后，高速定位电机7停止旋转，然后启动笔形伸缩气缸1502伸长带动T形块1504、连接块1505和开门盖板1503向左移动，此时门盖13上的取放口14露出完成开门；

最后控制系统发出指令让高速定位电机7与转头3回零，随后机器人可以按照固定位置抓取零位的离心管，接着控制系统发出旋转一定角度的指令，机器人可以在原位置继续抓取下一个离心管，从而实现离心管的自动抓取，通过这种方式，可以实现离心机的高速运行、自动定位与冷却运行，实现离心过程的自动化操作。

本发明涵盖任何在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。为了使公众对本发明有彻底的了解，在以下本发明优选实施例中详细说明了具体的细节，而对本领域技术人员来说没有这些细节的描述也可以完全理解本发明。另外，为了避免对本发明的实质造成不必要的混淆，并没有详细说明众所周知的方法、过程、流程、元件和电路等。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于计算机可读取存储介质中，如：ROM/RAM、磁碟、光盘等。

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 (7)

1.一种生物产业用高速定位冷冻离心机，其特征在于，包括冷水机（1）、离心机外壳（2）和转头（3），所述离心机外壳（2）的上表面固定连接有上护板（4），所述上护板（4）的上表面开设有凹槽（5），所述上护板（4）的下侧设置有电机安装板（6），所述电机安装板（6）的下表面固定连接有高速定位电机（7），所述转头（3）位于凹槽（5）内并与高速定位电机（7）的输出端固定连接，所述高速定位电机（7）的一侧设置有温度传感器（8），所述高速定位电机（7）的外侧设置有冷却盘管（9），所述冷却盘管（9）通过连接管（10）与冷水机（1）相连通；

所述电机安装板（6）的下表面边缘固定连接有多个橡胶减震器（11），所述橡胶减震器（11）的底端固定连接有底座（12），所述底座（12）与离心机外壳（2）固定连接，所述上护板（4）的上表面固定连接有门盖（13），所述门盖（13）上开设有取放口（14），所述门盖（13）内设置有与取放口（14）相对应的开门机构（15）；

所述开门机构（15）包括通过安装板（1501）固定连接在门盖（13）内顶壁的笔形伸缩气缸（1502），所述取放口（14）处设置有弯折成型的开门盖板（1503），所述开门盖板（1503）安装在笔形伸缩气缸（1502）的输出端；

所述笔形伸缩气缸（1502）的输出端固定连接有T形块（1504），所述开门盖板（1503）的一侧固定连接有连接块（1505），所述连接块（1505）上开设有与T形块（1504）相对应的T形槽（1506），所述开门盖板（1503）的另一侧固定连接有滑块（1507），所述门盖（13）的内顶壁固定连接有与滑块（1507）相对应的导轨（1508）；

所述开门盖板（1503）包括固定部（1509）和活动部（1510），所述固定部（1509）的一端固定连接有固定箱（1511），所述活动部（1510）的一侧固定连接有活动板（1512），所述活动板（1512）位于固定箱（1511）的内部并固定连接有活动块（1513），所述活动块（1513）与固定箱（1511）的内壁之间固定连接有弹簧（1514），所述门盖（13）的内顶壁右侧固定连接有L形挡块（1515），所述活动部（1510）的右侧开设有与L形挡块（1515）相对应的斜面（1516）。

2.根据权利要求1所述的生物产业用高速定位冷冻离心机，其特征在于，所述离心机外壳（2）的内部固定连接有内壳（16），所述内壳（16）与离心机外壳（2）之间形成有空腔（17），所述冷却盘管（9）与连接管（10）通过空腔（17）内部的接头（18）相连通。

3.根据权利要求2所述的生物产业用高速定位冷冻离心机，其特征在于，所述温度传感器（8）位于空腔（17）的内部，所述温度传感器（8）的温度探头伸入内壳（16）的内部并位于前后两个橡胶减震器（11）之间。

4.根据权利要求2所述的生物产业用高速定位冷冻离心机，其特征在于，所述内壳（16）的内壁固定连接有气凝胶保温层（19），所述冷却盘管（9）位于气凝胶保温层（19）与上护板（4）之间。

5.根据权利要求1所述的生物产业用高速定位冷冻离心机，其特征在于，所述高速定位电机（7）采用带编码器的永磁无刷直流电机，转速为15000-20000r/min，所述高速定位电机（7）可以自动回零，并按一定角度运行，角度定位精度±0.25度。

6.根据权利要求1所述的生物产业用高速定位冷冻离心机，其特征在于，所述连接管（10）的数量为两个，所述连接管（10）为保温管。

7.根据权利要求1所述的生物产业用高速定位冷冻离心机，其特征在于，所述凹槽（5）的内部开设有通孔（501），所述通孔（501）大于高速定位电机（7）的输出轴。