CN1752755A - 一种生物芯片点样机器人系统 - Google Patents

Abstract

一种生物芯片点样机器人系统，属于点样机器人技术领域。为了克服现有小型生物芯片点样机器人存在的缺陷，本发明公开了一种模块化、功能齐全、结构紧凑、较低成本的生物芯片点样机器人系统，包括底座，工作台面，支撑框架，透明门，分配机械手，内嵌式空气调节装置；工作台面上设有样品盒平台，探针清洗干燥装置，以及玻片固定平台，工作台面的两侧分别开有通风口；所述分配机械手倒垂安装在所述支撑框架上，使空间利用率最大；所述内嵌式空气调节装置主要包括空气调节装置机体、温度传感器、湿度传感器、驱动风扇组件、温度调节装置、空气过滤装置以及分别安装在两个通风口处的空气通道切换装置，可将温度、湿度、洁净度控制在指定范围内。

Description

一种生物芯片点样机器人系统

技术领域

本发明涉及一种生物芯片点样机器人系统，特别是涉及一种供实验室和医院使用的小型点样机器人，属于点样机器人技术领域。

背景技术

在现有的几种生物芯片制备方式中，接触式机器人自动化点样法是最具有发展潜力的点样技术，它是通过机器人携带特殊的分配头——针尖加工有微狭缝的钢针阵列或微量喷头，吸取合成好的生物样品点样在芯片上。国内外的很多公司和科研机构先后开发出了各种生物芯片点样仪。现有的生物芯片点样仪主要分为两种：一种是提供给大型生物芯片制造商的大型工作站，这些设备速度快、效率高、精度高，工作稳定性好，但是其功能相对单一，价格高昂；另一种主要是面向实验室和医院的小型点样机器人，虽然在点样效率、精度和工作稳定性逊于大型工作站，但其操作灵活，可满足各种不同的点样要求，且价格低廉。

经过调研，发现现有的小型点样机器人主要存在以下问题：

目前很多点样机器人整体性差，除主机外许多附件摆放在机外，结构不够紧凑，显得杂乱无章，而且占用空间大，分配空间利用率不高。另外，很多点样机器人自身没有空气调节功能或功能单一，一般需置于专用的超净间或超净橱内，来满足点样对于环境的要求。很多点样机器人没有样品盒自动更换装置，自动化程度不高。很多点样机器人结构模块化程度不高，各功能部件在结构和功能上耦合性强。

发明内容

本发明所要解决的问题在于克服现有的小型生物芯片点样机器人存在的缺陷，提供一种模块化、功能齐全、结构紧凑、较低成本的生物芯片点样机器人系统，它主要用于实验室和医院研究用生物芯片微阵列的制备。

本发明的技术方案如下：

一种生物芯片点样机器人系统，包括底座，安装在所述底座上的工作台面，支撑框架，透明门，分配机械手，内嵌式空气调节装置；所述工作台面上设有样品盒平台，探针清洗干燥装置，以及玻片固定平台，所述工作台面的两侧分别开有通风口；其特征在于：

所述支撑框架包括支撑立柱，顶板和加强板；所述支撑立柱安装在所述底座或所述工作台面上；所述顶板安装在所述支撑立柱上；所述加强板安装在所述顶板与支撑立柱之间，以提高所述支撑框架的刚度和稳定性；所述的分配机械手位于所述顶板、加强板、透明门和工作台面形成的分配空间内，它倒垂安装在所述顶板上，其运动空间囊括所述样品盒平台，探针清洗干燥装置，以及玻片固定平台，使所述分配空间的利用率最大；

所述内嵌式空气调节装置位于所述工作台面、底座和底座前面板形成的空气调节空间中，包括空气调节装置机体，位于分配空间或空气调节空间中的温度传感器和湿度传感器，以及分别安装在所述的两个通风口处的空气通道切换装置；

在两个空气通道切换装置的中间设有驱动风扇组件、温度调节装置，以及贯穿所述空气调节空间的空气过滤装置；

所述的两个空气通道切换装置均包括固定隔板，以及可沿固定隔板相对滑动的移动隔板；所述空气调节空间两侧的端部区域分别被所述空气通道切换装置中的固定隔板划分成两个通道区间，在远离通风口的通道区间中分别设有除湿装置和加湿装置；

所述固定隔板和移动隔板上均开有多个通气孔，通过改变所述移动隔板和固定隔板的相对位置切换所述通气孔的导通和关闭状态，实现不同通道区间之间的切换，将所述分配空间内空气的温度、湿度、洁净度控制在指定范围内。

作为本发明的一种改进，在所述生物芯片点样机器人系统两端的加强板处，可安装侧窗，所述侧窗为透明材料制成，以方便观察。

作为本发明的另一种改进，所述空气通道切换装置还可包括固定在所述空气调节装置机体和固定隔板上的密封板，它和固定隔板一起将所述空气调节空间内一侧的端部区域划分成两个通道区间。

在本发明中，所述生物芯片点样机器人系统还包括一个用来自动更换样品盒的样品盒更换平台，所述样品盒更换平台包括样品盒更换平台基座以及安装在所述样品盒更换平台基座上的供给库、回收库、固连基准和样品盒更换机械手；所述样品盒更换平台通过所述固连基准与所述底座相连接；

所述生物芯片点样机器人系统加强板或侧窗处开有一与所述样品盒更换机械手相配合的缺口，供所述样品盒更换机械手伸入所述分配空间内，从样品盒平台上抓取样品盒；

所述样品盒更换机械手主要包括安装在所述更换平台基座上并可转动的升降轴，安装在所述升降轴上并可上下运动的悬伸臂，以及安装在所述悬伸臂上用来夹取样品盒的手爪；

通常采用的换样机械手常采用三自由度机械手，需要用三个电机进行控制，而在本发明中，将所述供给库、回收库和样品盒平台布置在以所述升降轴轴心为圆心的同一圆周上，样品盒更换机械手采用二自由度圆柱坐标形式，只需用两个电机进行控制。所述升降轴和悬伸臂分别由旋转驱动电机和升降驱动电机驱动；为了减轻所述悬伸臂上的载荷，所述手爪通过安装在所述悬伸臂上的手爪驱动电磁铁驱动。

为便于控制，可在所述样品盒更换平台上增加归零基准；所述归零基准为分配机械手提供位置参考；在样品盒更换平台不工作时，为悬伸臂提供支撑。

所述样品盒层叠放置在所述供给库和回收库中，不用设置专用的样品盒支架。

所述样品盒更换平台基座上可设置一个透明罩将样品盒更换机械手、供给库和回收库罩起来，防止空气中的尘埃污染样品盒中的样品。

在本发明中，所述样品盒平台下设有滑轨，所述透明门上开有一个与所述样品盒平台相对应的供样品盒平台进出的缺口，在无需打开所述透明门的情形下，可将样品盒平台拖出，实现人工更换样品盒。

在本发明中，所述固定隔板由固定竖隔板和安装在其上的固定横隔板组成，所述移动隔板由移动竖隔板和安装在其上的移动横隔板组成；所述移动横隔板紧靠所述固定横隔板设置，所述移动竖隔板紧靠所述固定竖隔板设置，并且所述移动隔板可沿所述固定隔板相对滑动；所述固定横隔板和移动横隔板上开有相互配合的通气孔阵列；所述固定竖隔板上开有上、下通气孔阵列；所述移动竖隔板上也开有与固定竖隔板相配合的上、下通气孔阵列。当所述移动竖隔板和固定竖隔板上的上通气孔阵列位置重合时，下通气孔阵列在移动隔板的移动方向上错开一定距离，使下通气孔阵列呈关闭状态，移动横隔板和固定横隔板上的通气孔阵列在移动隔板的移动方向上也错开一定距离，使横隔板通气孔呈关闭状态，与之类似，当移动竖隔板和固定竖隔板上的下通气孔阵列位置重合时，移动横隔板和固定横隔板上的通气孔阵列位置也重合，上通气孔阵列在移动隔板移动方向上错开一定距离，使上通气孔阵列呈关闭状态。

在本发明中，所述除湿装置安装在靠近固定竖隔板的下通气孔阵列处，且尽可能覆盖所述固定竖隔板的下通气孔阵列；除湿装置由固定框架和中间夹有硅胶、吸水树脂等吸水材料的除湿膜组成。所述除湿装置也可以是盛放有除湿剂的除湿槽；或者是内置式的其他小型除湿装置。

在本发明中，所述加湿装置主要由水池、水泵、淋水槽、湿膜及支架组成；所述支架置于所述水池内；所述湿膜安装在所述支架上的凹槽内，并靠近且尽可能覆盖所述固定竖隔板的下通气孔阵列；所述淋水槽安装在所述支架顶部，湿膜正上方，所述淋水槽底部开有一系列泄水孔，水泵将水池中的水通过输水软管抽送到淋水槽中，水从泄水孔流出打湿整个湿膜。

为便于观察水位和向所述水池内注水，所述加湿装置中的水池由透明材料制成，在所述底座前面板靠近水池的位置开有水位观察窗，水位观察窗上方开有注水口。

在本发明中，所述空气过滤装置由中间夹有过滤膜的过滤膜夹板组成。

在本发明中，所述驱动风扇组件包括风扇支架和安装在其上的多个驱动风扇组成，驱动风扇转速可调，通过调节工作的风扇数目和风扇转速来调节通风量的大小。

在本发明中，所述温度调节装置为空调换热器，在其底部安装有橡胶垫，用以减震。

本发明功能全面，适用范围广，结构紧凑，体积小。利用加强板增加支撑框架的刚度和稳定性，分配机械手倒垂安装在支撑框架上，使分配空间的利用率最大化；通过内嵌式温度调节装置能够将分配空间内空气的温度、湿度、洁净度控制在指定范围内，大大拓展了使用场合，特别是湿度调节中，可以通过空气通道切换，控制空气的流动路线，从而实现对分配空间内空气湿度的调节；样品盒平台可拉出，可人工更换样品盒；增加样品盒更换平台之后，便可以实现自动换取样品盒，自动化程度高；点样机器人主体、内嵌式温度调节装置、样品盒更换平台均模块化设计，结构、功能相对独立，通过简单的连接，可组装出满足不同要求的整体系统。

附图说明

图1为本发明所述生物芯片点样机器人系统的一个实施例的三维示意图。

图2为本发明中的工作台面的示意图。

图3为本发明中的内嵌式空气调节装置的示意图。

图4为本发明中的内嵌式空气调节装置竖隔板的示意图。

图5为本发明中的内嵌式空气调节装置横隔板的示意图。

图6为本发明中的水位观察窗和注水口的示意图。

图7为本发明中的保持湿度空气通道的示意图。

图8为本发明中的加湿空气通道的示意图。

图9为本发明中的除湿空气通道的示意图。

图13为本发明所述生物芯片点样机器人系统的另一个实施例的三维示意图。

图10为本发明中的样品盒更换平台的三维示意图。

图11为本发明中的样品盒更换平台的手爪部分的三维示意图。

图12为本发明中的样品盒的示意图。

其中，1：空气调节装置机体。2：入风口。3：出风口。4：第一固定竖隔板。5：第一固定横隔板。6：第一密封板。7：第一保持湿度通道区间。8：除湿通道区间。9：除湿膜夹板。10：除湿膜。11：第一移动横隔板。12：第一移动竖隔板。13：第一移动隔板驱动机构。14：第二固定竖隔板。15：第二固定横隔板。16：第二密封板。17：第二移动竖隔板。18：第二移动横隔板。19：第二移动隔板驱动机构。20：水池。21：水泵。22：湿膜。23：淋水槽。24：输水软管。25：第二保持湿度通道区间。26：加湿通道区间。27：驱动风扇。28：风扇支架。29：空调换热器。30：过滤膜夹板。31：过滤膜。32：过滤膜夹板支架。33：温度传感器。34：湿度传感器。35：移动竖隔板上通气孔。36：移动竖隔板下通气孔。37：固定竖隔板上通气孔。38：固定竖隔板下通气孔。39：移动横隔板通气孔。40：固定横隔板通气孔。41：注水口。42：水位观察窗。44：吸水材料。45：支架。47：橡胶垫。48：中间区域。49：第一固定隔板连接板。50：第一移动隔板连接板。51：移动竖隔板通孔。52：固定竖隔板通孔。53：第一滑轨。54：第二固定隔板连接板。55：第二移动隔板连接板。56：第二滑轨。57：负压风扇。60：底座。61：支脚。62：工作台面。63：玻片固定平台。64：支撑立柱。65：探针。66：针座。67：分配机械手。68：加强板。69：顶板。70：透明门。71：底座前面板。72：样品盒平台。73：样品盒。74：玻片。75：探针清洗干燥装置。76：分配空间。77：超声波清洗槽。78：冲洗槽。79：烘干槽。80：载玻片托板。81：侧窗。82：负压气孔。84：固连基准。85：样品盒更换平台基座。86：样品盒更换平台支脚。87：升降驱动电机。88：回收库。89：升降轴。90：供给库。91：旋转轴。92：旋转驱动电机。93：旋转轴传动机构。94：悬伸臂。95：手爪驱动电磁铁。96：手爪传动机构。97：手爪。98：归零基准。99：左卡手。100：右卡手。101：复位弹簧。102：弹簧导杆。103：卡手齿轮。104：左卡手导轨。105：右卡手导轨。106：尖状突起。107：样品盒凹孔。108：透明罩。

具体实施方式

下面结合附图和最佳实施例对本发明作进一步详细说明。

如图1和图2所示，本发明所述的生物芯片点样机器人系统，包括底座60，安装在所述底座60上的工作台面62，支撑框架，透明门70，分配机械手67，内嵌式空气调节装置；所述分配机械手67由一套计算机控制的XYZ三维移动装置和末端执行器组成；所述末端执行器安装在XYZ三维移动装置上，由多个探针65和装夹探针的针座66组成。所述工作台面上设有样品盒平台72、探针清洗干燥装置75，以及玻片固定平台63，所述工作台面62的两侧分别开有通风口，其中一个为入风口2，另一个为出风口3。所述支撑框架包括支撑立柱64，顶板69和加强板68；所述支撑立柱64安装在所述底座60或所述工作台面62上；所述顶板69安装在所述支撑立柱64上；所述加强板68安装在所述顶板69与支撑立柱64之间，以提高所述支撑框架的刚度和稳定性，进而提高安装在所述支撑框架上的分配机械手67的刚度和稳定性；所述的分配机械手67位于所述顶板69、加强板68、透明门70和工作台面62形成的分配空间76内，它倒垂安装在所述顶板69上，其运动空间囊括所述样品盒平台72、探针清洗干燥装置75，以及玻片固定平台63，使所述分配空间76的利用率最大。

为便于调平和减震，所述底座60下方安装有可调平的支脚61，支脚底端为橡胶制作的脚垫。

为方便观察，所述生物芯片点样机器人系统两侧的加强板处可设置透明材料制成的侧窗81。

如图2和图3所示，载玻片托板80安装在所述工作台面62上，其上可以规则的放置多个玻片74，每个玻片74下方有负压气孔82，通过负压风扇57将玻片74吸附在所述载玻片托板80上，组成玻片固定平台63；所述探针清洗干燥装置75包括超声波清洗槽77，冲洗槽78，烘干槽79，超声波清洗槽77中放有专门配置的清洗液，底部装有超声波发生器，利用其“空化”效应清洗，洗除大部分残留样品，经过超声波清洗后，再到冲洗槽78，自动控制的高压射流从几个角度冲洗探针65，洗除掉顽固的沾染物，接着到烘干槽79烘干探针，干燥过程通过探针针尖附近的快速加热的气流来完成。

分配机械手67末端多个探针65组成的探针阵列从放置在样品盒平台72上的样品盒73中蘸取样品，然后在玻片74上点样制备样品微阵列。在实际的微阵列制备过程中，分配机械手连续点样，反复循环吸样——多次点样——清洗探针制作工艺流程，直到全部完成微阵列。

如图3所示，所述内嵌式空气调节装置位于所述工作台面62、底座60和底座前面板71形成的空气调节空间中，具体包括空气调节装置机体1，位于分配空间76或空气调节空间中的温度传感器33和湿度传感器34，以及分别安装在所述的入风口2和出风口3处的空气通道切换装置；在两个空气通道切换装置的中间设有驱动风扇组件、温度调节装置，以及贯穿所述空气调节空间的空气过滤装置；

所述的两个空气通道切换装置均由固定隔板和可沿固定隔板相对滑动的移动隔板组成；所述空气调节空间内一侧的端部区域被一个空气通道切换装置中的固定隔板划分成两个通道区间，在远离通风口的通道区间中设有除湿装置，为方便起见，称此空气通道切换装置为保持湿度——除湿空气通道切换装置；所述空气调节空间内另一侧的端部区域也被另一个空气通道切换装置中的固定隔板划分成两个通道区间，在远离通风口的通道区间中设有加湿装置，为方便起见，称此空气通道切换装置为保持湿度——加湿空气通道切换装置。

为了降低加工和安装难度，提高密封效果，如图1所示，所述空气通道切换装置可以增设一个第一密封板6，它固定在所述空气调节装置机体1和固定隔板上，空气调节空间内入风口2一侧的端部区域被保持湿度——除湿空气通道切换装置中的第一密封板6和固定隔板划分成两个通道区间，即第一保持湿度通道区间7和除湿通道区间8，其中远离入风口2的除湿通道区间8中设有除湿装置；类似的，空气调节空间内出风口3一侧的端部区域也被保持湿度——加湿空气通道切换装置中的第二密封板16和固定隔板划分成两个通道区间，即第二保持湿度通道区间25和加湿通道区间26，其中远离出风口3的加湿通道区间26中设置有加湿装置。作为一种变化方式，也可将保持湿度——加湿空气通道切换装置设置在入风口2一侧，将保持湿度——除湿空气通道切换装置设置在出风口3一侧。

所述固定隔板和移动隔板上均开有多个通气孔，通过改变所述移动隔板和固定隔板的相对位置切换所述通气孔的导通和关闭状态，以实现不同通道区间之间的切换。

所述固定隔板由固定竖隔板和安装在其上的固定横隔板组成，所述移动隔板由移动竖隔板和安装在其上的移动横隔板组成；所述移动横隔板紧靠所述固定横隔板设置，所述移动竖隔板紧靠所述固定竖隔板设置，并且所述移动隔板可沿所述固定隔板相对滑动；所述固定横隔板和移动横隔板上开有相互配合的通气孔阵列；所述固定竖隔板上开有上、下通气孔阵列；所述移动竖隔板上也开有与固定竖隔板相配合的上、下通气孔阵列。当所述移动竖隔板和固定竖隔板上的上通气孔阵列位置重合时，下通气孔阵列在移动隔板的移动方向上错开一定距离，使下通气孔阵列呈关闭状态，移动横隔板和固定横隔板上的通气孔阵列在移动隔板的移动方向上也错开一定距离，使横隔板通气孔呈关闭状态，与之类似，当移动竖隔板和固定竖隔板上的下通气孔阵列位置重合时，移动横隔板和固定横隔板上的通气孔阵列位置也重合，上通气孔阵列在移动隔板移动方向上错开一定距离，使上通气孔阵列呈关闭状态。

为了降低加工难度和成本，便于制造和安装，下面介绍一种典型的空气通道切换装置及其工作原理。

如图3、4所示，一个典型的空气通道切换装置由第一固定竖隔板4、第一固定横隔板5、第一移动竖隔板12、第一移动横隔板11、第一固定隔板连接板49、第一移动隔板连接板50、第一密封板6、第一移动隔板驱动机构13和第一滑轨53组成。第一固定隔板连接板49将第一固定横隔板5和第一固定竖隔板4连接在一起，组成固定隔板，固定隔板安装在空气调节装置机体1上，固定隔板和第一密封板6将空气调节空间内一侧的端部区域划分成两个通道区间，即第一保持湿度通道区间7和除湿通道区间8。第一移动隔板连接板50穿过移动竖隔板通孔51和固定竖隔板通孔52将第一移动横隔板11和第一移动竖隔板12连接在一起，组成移动隔板。为降低摩擦力，可在空气调节装置机体1上安装第一滑轨53，移动隔板可在第一滑轨53上滑动，移动隔板由第一移动隔板驱动机构13驱动。类似的，第二固定竖隔板14、第二固定横隔板15、第二移动竖隔板17、第二移动横隔板18、第二固定隔板连接板54、第二移动隔板连接板55、第二密封板16、第二移动隔板驱动机构19和第二滑轨56组成的另一个空气通道切换装置可以切换空气通过第二保持湿度通道区间25或加湿通道区间26。

如图3、4、5所示，第一固定竖隔板4上规则设有上、下通气孔阵列，其中相邻两个通气孔的间距为u，固定竖隔板上通气孔37和固定竖隔板下通气孔38的中心线在水平方向上错开u/2。第一移动竖隔板12上也规则设有上、下通气孔阵列，其中相邻两个通气孔的间距也为u，移动竖隔板上通气孔35和移动竖隔板下通气孔36的中心线在水平方向上错开距离为0。第一固定横隔板5上规则设有通气孔阵列，相邻两个通气孔的间隔也为u，将其安装在第一固定竖隔板4上，保证固定横隔板通气孔40和固定竖隔板下通气孔38的中心线在水平方向上错开距离为0，组成固定隔板。第一移动横隔板11上规则设有通气孔阵列，相邻两个空气孔的间隔也为u，将其安装在移动第一竖隔板12之上，保证移动横隔板通气孔39和移动竖隔板下通气孔36的中心线错开距离为0，组成移动隔板。其中所有的通气孔宽度为v，v＜u/2。

当第一移动竖隔板12上的移动竖隔板上通气孔35与第一固定竖隔板4上的固定竖隔板上通气孔37的中心线在水平方向上错开距离为0时，呈开启状态，根据位置关系，移动竖隔板下通气孔36和固定竖隔板下通气孔38的中心线在水平方向上错开u/2，呈关闭状态，移动横隔板通气孔39和固定横隔板通气孔40的中心线在水平方向上也错开u/2，呈关闭状态，空气可以依次经过保持湿度通道区间7、固定竖隔板上通气孔37和移动竖隔板上通气孔35进入中间区域48而无法经过除湿通道区间8，此时，保持湿度——除湿空气通道切换装置处于保持湿度状态。若移动隔板依照图4所示方向移动u/2，此时，移动竖隔板上通气孔35与第一固定竖隔板4上的固定竖隔板上通气孔37的中心线在水平方向错开距离为u/2，呈关闭状态，根据位置关系，移动竖隔板下通气孔36和固定竖隔板下通气孔38的中心线在水平方向上错开为0，呈开启状态，移动横隔板通气孔39和固定横隔板通气孔40的中心线在水平方向上也错开为0，呈开启状态，空气可以依次经保持湿度通道区间7、移动横隔板通气孔39、固定横隔板通气孔40、除湿通道区间8、固定竖隔板下通气孔38、移动竖隔板下通气孔36进入中间区域48，此时，保持湿度——除湿空气通道切换装置处于除湿状态。类似的，保持湿度——加湿空气通道切换装置也有保持湿度，加湿两种状态，工作原理与保持湿度——除湿空气通道切换装置类似。

下面分别结合附图，介绍保持湿度、加湿和除湿时空气通道切换情况以及空气通过的路线。如图7所示，保持湿度——除湿空气通道切换装置处于保持湿度状态，保持湿度——加湿空气通道切换装置处于保持湿度状态，此时，空气流通路线如图所示，分配空间76内湿度保持不变。如图8所示，保持湿度——除湿空气通道切换装置处于保持湿度状态，保持湿度——加湿空气通道切换装置处于加湿状态，此时，空气流通路线如图所示，分配空间76内湿度增加。如图9所示，保持湿度——除湿空气通道切换装置处于除湿状态，保持湿度——加湿空气通道切换装置处于保持湿度状态，此时，空气流通路线如图所示，分配空间76内湿度降低。

根据湿度传感器34测得的系统湿度和用户设定的湿度要求，移动隔板驱动机构驱动移动隔板沿固定隔板朝相应方向相对滑动，切换空气通过不同的通道区间，调节空气湿度。

除湿装置安装在靠近固定竖隔板的下通气孔阵列处，且尽可能覆盖所述固定竖隔板的下通气孔阵列；具体实施过程中，除湿装置由除湿膜夹板9、除湿膜10和吸水材料44组成。夹有除湿膜10的除湿膜夹板9安装在空气调节装置机体1上，除湿膜10中间夹有吸水材料44，实际实施过程中可采用硅胶、吸水树脂等吸水材料。除湿装置也可以是盛放有除湿剂的除湿槽；或者是内置式的其他小型除湿装置。

加湿装置可采用电极式加湿器或者蒸汽式加湿器。下面介绍一种典型的加湿装置。这种加湿装置主要由水池20、水泵21、淋水槽23、湿膜22及支架45组成；支架45置于水池20内；湿膜22安装在支架45上的凹槽内，并靠近且尽可能覆盖所述固定竖隔板的下通气孔阵列；淋水槽23安装在支架45顶部，湿膜22正上方，淋水槽23底部开有一系列泄水孔，水泵21将水池20中的水通过输水软管24抽送到淋水槽23中，水从泄水孔流出打湿整个湿膜22。

为便于观察水池20中的水位情况和为水池20加水，在底座前面板71靠近水池处开有水位观察窗42和注水口41，如图6所示。

风扇支架28安装在空气调节装置机体1上，驱动风扇27安装在风扇支架28上，驱动风扇27转速可调，为空气循环提供动力。为了实现通风量大小在更大范围内可调，具体实施过程中，将四个驱动风扇27安装在风扇支架28上，并且其转速均可调，通过调节工作的风扇数目和风扇转速来调节通风量的大小。

温度调节装置为一空调换热器29，将空调换热器29安装在空气调节装置机体1上，实现对空气温度的调解，为降低工作时候的震动及噪音，在其下部设置一个橡胶垫47。

为控制空气的洁净度，需要在空气调节装置机体1上安装一空气过滤装置。下面结合图3介绍一种典型的空气过滤装置。这种空气过滤装置由过滤膜夹板30、过滤膜31和过滤膜夹板支架32组成。滤膜夹板支架32安装在空气调节装置机体1上，中间夹有过滤膜31的过滤膜夹板30安装在滤膜夹板支架32。此空气过滤装置横贯空气调节空间内的空气通道，空气通过过滤膜之后，可以滤除其中的灰尘，达到洁净空气，调节空气洁净度的目的。

样品盒平台72下设有滑轨，所述透明门70上开有一个与所述样品盒平台72相对应的供样品盒平台72进出的缺口，在无需打开所述透明门70的情形下，可将样品盒平台72拖出，实现人工更换样品盒73。

为了提高生物芯片微阵列制备过程中的自动化，图10至13显示了本发明所述生物芯片点样机器人系统的另一个实施例，它还包括一个用来自动更换样品盒的样品盒更换平台。

如图11所示，样品盒更换平台包括样品盒更换平台基座85以及安装在所述样品盒更换平台基座85上的供给库90、回收库88、固连基准84和样品盒更换机械手。所述样品盒更换平台基座上还可设置一个透明罩108将样品盒更换机械手、供给库90和回收库88罩起来，防止空气中的尘埃污染样品盒中的样品(见图10)。

所述样品盒更换平台通过所述固连基准84与所述底座60相连接；在所述生物芯片点样机器人系统的加强板或侧窗处开有一与样品盒更换机械手相配合的缺口，供样品盒更换机械手伸入分配空间内，从样品盒平台上抓取样品盒；所述供给库90和所述回收库88相对所述样品盒更换平台基座85可拆卸；所述样品盒73层叠放置在所述供给库90和回收库88中，不用设置专用的样品盒支架；所述样品盒更换平台基座85下方还可设置用来调平的样品盒更换平台支脚86。

通常采用的换样机械手常采用三自由度机械手，需要用三个电机进行控制，而在本发明中，将所述供给库90、回收库88和样品盒平台72分布在以所述升降轴89轴心为圆心的同一圆周上，样品盒更换机械手采用二自由度圆柱坐标形式，只需用两个电机进行控制。

所述样品盒更换机械手主要包括安装在所述更换平台基座85上并可转动的升降轴89，安装在所述升降轴89上并可上下运动的悬伸臂94以及安装在所述悬伸臂94上用来夹取样品盒的手爪97；旋转轴91与所述升降轴89相连接；安装在所述样品盒更换平台基座85上的旋转驱动电机92可通过旋转轴传动机构93驱动所述旋转轴91转动，进而驱动所述升降轴89转动；安装在所述升降轴89上的升降驱动电机87可通过升降轴传动机构驱动所述悬伸臂94上下运动；安装在所述悬伸臂94上的手爪驱动电磁铁95可以通过手爪传动机构96驱动手爪97抓取样品盒73。

为便于控制，在所述样品盒更换平台上增加归零基准98；所述归零基准98为分配机械手提供位置参考，在样品盒更换平台不工作时，为悬伸臂94提供支撑。

如图12、13所示，所述手爪97主要包括左卡手99、右卡手100、左卡手导轨104、右卡手导轨105、卡手齿轮103、手爪驱动电磁铁95、手爪传动机构96、复位弹簧101和弹簧导杆102；所述卡手齿轮103、手爪驱动电磁铁95以及所述手爪传动机构96安装在所述悬伸臂94上；所述左卡手99通过左卡手导轨104设置在所述悬伸臂94上，并可沿左卡手导轨104移动；所述右卡手100通过右卡手导轨105设置在所述悬伸臂94上，并可沿右卡手导轨105移动；所述左卡手99和右卡手100末端均为齿条，与所述卡手齿轮103相啮合；所述弹簧导杆102一端安装在一个卡手上，另一端穿过另一个卡手上的通孔并可沿此通孔滑动；所述复位弹簧101套在所述弹簧导杆102上，两端被所述左卡手99和右卡手100压紧；所述左卡手99和右卡手100另一个端部均有与样品盒73上的样品盒凹孔107相配合的尖状突起106，以抓取样品盒。手爪驱动电磁铁95通电后，通过手爪传动机构96带动卡手齿轮103转动，进而带动左手爪99和右手爪100抓取样品盒；手爪驱动电磁铁95断电后，手爪在复位弹簧101的作用下，放下样品盒。

Claims (10)

1.一种生物芯片点样机器人系统，包括底座，安装在所述底座上的工作台面，支撑框架，透明门，分配机械手，内嵌式空气调节装置；所述工作台面上设有样品盒平台，探针清洗干燥装置，以及玻片固定平台，所述工作台面的两侧分别开有通风口；其特征在于：

所述支撑框架包括支撑立柱，顶板和加强板；所述支撑立柱安装在所述底座或所述工作台面上；所述顶板安装在所述支撑立柱上；所述加强板安装在所述顶板与支撑立柱之间，以提高所述支撑框架的刚度和稳定性；所述的分配机械手位于所述顶板、加强板、透明门和工作台面形成的分配空间内，它倒垂安装在所述顶板上，其运动空间囊括所述样品盒平台，探针清洗干燥装置，以及玻片固定平台，使所述分配空间的利用率最大；

所述内嵌式空气调节装置位于所述工作台面、底座和底座前面板形成的空气调节空间中，包括空气调节装置机体，位于分配空间或空气调节空间中的温度传感器和湿度传感器，以及分别安装在所述的两个通风口处的空气通道切换装置；

在两个空气通道切换装置的中间设有驱动风扇组件、温度调节装置，以及贯穿所述空气调节空间的空气过滤装置；

所述的两个空气通道切换装置均包括固定隔板，以及可沿固定隔板相对滑动的移动隔板；所述空气调节空间两侧的端部区域分别被所述空气通道切换装置中的固定隔板划分成两个通道区间，在远离通风口的通道区间中分别设有除湿装置和加湿装置；

所述固定隔板和移动隔板上均开有多个通气孔，通过改变所述移动隔板和固定隔板的相对位置切换所述通气孔的导通和关闭状态，实现不同通道区间之间的切换，将所述分配空间内空气的温度、湿度、洁净度控制在指定范围内。

2.根据权利要求1所述的生物芯片点样机器人系统，其特征在于：所述生物芯片点样机器人系统还包括一个用来自动更换样品盒的样品盒更换平台，所述样品盒更换平台包括样品盒更换平台基座以及安装在所述样品盒更换平台基座上的供给库、回收库、固连基准和样品盒更换机械手；

所述生物芯片点样机器人系统加强板处开有一与所述样品盒更换机械手相配合的缺口，供所述样品盒更换机械手伸入所述分配空间内，从样品盒平台上抓取样品盒；

所述样品盒更换平台通过所述固连基准与所述底座相连接；

所述样品盒更换机械手主要包括安装在所述更换平台基座上并可转动的升降轴，安装在所述升降轴上并可上下运动的悬伸臂，以及安装在所述悬伸臂上用来夹取样品盒的手爪；所述升降轴和悬伸臂分别由旋转驱动电机和升降驱动电机驱动；所述手爪通过安装在所述悬伸臂上的手爪驱动电磁铁驱动；

所述供给库、回收库和样品盒平台分布在以所述升降轴轴心为圆心的同一圆周上；样品盒层叠放置在所述供给库和回收库中。

3.根据权利要求2所述的生物芯片点样机器人系统，其特征在于：所述样品盒更换平台基座上设置一个透明罩将样品盒更换机械手、供给库和回收库罩起来，防止空气中的尘埃污染样品盒中的样品。

4.根据权利要求1、2或3所述的生物芯片点样机器人系统，其特征在于：所述样品盒平台下设有滑轨，所述透明门上开有一个与所述样品盒平台相对应的供样品盒平台进出的缺口，在无需打开所述透明门的情形下，可将样品盒平台拖出，实现人工更换样品盒。

5.根据权利要求1、2或3所述的生物芯片点样机器人系统，其特征在于：所述探针清洗干燥装置包括超声波清洗槽，冲洗槽，烘干槽，超声波清洗槽中放有专门配置的清洗液，底部装有超声波发生器，利用其“空化”效应清洗，洗除大部分残留样品，经过超声波清洗后，再到冲洗槽，自动控制的高压射流从几个角度冲洗探针，洗除掉顽固的沾染物，接着到烘干槽烘干探针，干燥过程通过探针针尖附近的快速加热的气流来完成。

6.根据权利要求1所述的生物芯片点样机器人系统，其特征在于：所述空气通道切换装置还包括固定在所述空气调节装置机体和固定隔板上的密封板，它和固定隔板一起将所述空气调节空间内一侧的端部区域划分成两个通道区间。

7.根据权利要求1或6所述的生物芯片点样机器人系统，其特征在于：所述固定隔板由固定竖隔板和安装在其上的固定横隔板组成，所述移动隔板由移动竖隔板和安装在其上的移动横隔板组成；所述移动横隔板紧靠所述固定横隔板设置，所述移动竖隔板紧靠所述固定竖隔板设置，并且所述移动隔板可沿所述固定隔板相对滑动；所述固定横隔板和移动横隔板上开有相互配合的通气孔阵列；所述固定竖隔板上开有上、下通气孔阵列；所述移动竖隔板上也开有与固定竖隔板相配合的上、下通气孔阵列。

8.根据权利要求1或6所述的生物芯片点样机器人系统，其特征在于：所述加湿装置主要由水池、水泵、淋水槽、湿膜及支架组成；所述支架置于所述水池内；所述湿膜安装在所述支架上的凹槽内，并靠近且尽可能覆盖所述固定竖隔板的下通气孔阵列；所述淋水槽安装在所述支架顶部，湿膜正上方，所述淋水槽底部开有一系列泄水孔，水泵将水池中的水通过输水软管抽送到淋水槽中，水从泄水孔流出打湿整个湿膜。

9.根据权利要求1或6所述的生物芯片点样机器人系统，其特征在于：所述除湿装置由固定框架和中间夹有吸水材料的除湿膜组成，它安装在靠近所述固定竖隔板的下通气孔阵列处，并且尽可能覆盖所述固定竖隔板的下通气孔阵列。

10.根据权利要求1或6所述的生物芯片点样机器人系统，其特征在于：所述驱动风扇组件包括风扇支架和安装在其上的多个驱动风扇组成，驱动风扇转速可调，通过调节工作的风扇数目和风扇转速来调节通风量的大小。

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