CN208262863U - 一种动物房ivc取放机械手 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种动物房IVC取放机械手，所述机械手由侧板、舵机、连杆、推杆、拔叉、夹持片、直线滑轨、颜色感应器、电机、限位开关、托举叉组成。本实用新型的机械手，结构简单，累计误差小，抓取精度高达2mm，通过多处物理限位开关判断机械手当前的位置状态。机械手通过螺纹丝杆加闭环步进电机保证伸缩精度达到0.1mm，并有效抑制了丢步问题。机械手解决了前端实验动物房内的笼架和笼盒管理以及笼盒取放等工作，大大节省了劳动力，并提高了工作效率，为后端自动化流水线处理提供了更好的基础设施。

Description

一种动物房IVC取放机械手

技术领域

本实用新型属于实验动物管理设备领域，具体涉及一种动物房独立通气笼盒(Individual Ventilated Cages,IVC)取放机械手。

背景技术

实验动物行业广泛使用独立通气笼盒(Individual Ventilated Cages,IVC)对实验动物进行饲养和集中管理。IVC是指密闭独立的笼盒，盒内高换气频率(20-60 次/h)的洁净气流独立流通，废气集中外排，并可在超净工作台或生物安全柜内操作和实验的微型SPF级实验动物饲育与实验设备。饲养期间需定期将笼盒取出添加饲料、更换垫料和对笼盒进行更换，操作完成后再将笼盒放回。目前，进入动物房，取出、搬运和放回笼盒的操作均由人工完成。

由于笼盒内装的是实验用动物，动物一直处于活动的过程，有些动物体积较大，则对取放的人员在稳定性和力量上会有一定要求，对一些新员工则不易达到相应的要求，无法完成任务。

实用新型内容

本实用新型实施例需要解决的技术问题是降低现有术中动物房IVC的取放难度，提出了一种动物房IVC取放机械手，通过机械手来实现对IVC的取放，使得工作人员不会因笼盒内动物的活动或体重无法完成笼盒任务，降低动物房维护成本，提高动物实验效率，实现对实验动物房的精准、高效管理。

根据本实用新型的一个方面，提供了一种动物房IVC取放机械手，所述机械手包括：侧板、舵机、连杆组、夹持片、推杆、拔叉、直线滑轨、限位开关、电机、颜色感应器；其中，

所述侧板与舵机、直线滑轨、颜色感应器固定连接；

所述连杆组为两组，每组包括两个连杆，第一连杆的一端固定在舵机上，另一端与第二连杆的一端通过一个滑片相连，第二连杆的另一端固定在侧板上，两个连杆相互连接的滑片处与夹持片固定连接，将一个舵机与一个夹持片连接起来，同时保证两个连杆始终保持平行，保证两个夹持片始终平行；

所述舵机为四个，其中两个舵机并列固定在侧板内侧，其轴线与侧板的轴线平行，并分别与其中一侧的夹持片通过一组连杆相连，用于控制所述夹持片的开合；另外两个舵机也固定在侧板上，其中一个舵机与推杆相连，另一个舵机与拨叉相连，为推杆和拨叉提供动力，使推杆推动笼盒，使拨叉顶起笼盒；

所述夹持片为两片，相互平行且对称分布于机械手两侧，两个夹持片的内侧面与笼盒的两个外表面平行，用于夹持笼盒；

所述推杆用于推动笼盒，使笼盒脱离卡扣；

所述拨叉用于顶起笼盒，使笼盒脱离卡槽；

所述直线滑轨垂直于侧板，位于最外的两侧；

所述限位开关位于直线滑轨的前端，用于完成碰触检测任务，检测机械手运行过程中是否发生了碰触事件，完成机械手对笼盒位置的定位；

所述电机与直线滑轨相连，用于控制前端限位开关的伸出和收缩；

所述颜色感应器安装于侧板上，与舵机同侧，其高度与笼位指示块相齐。

进一步地，所述机械手还包括：托举叉，所述托举叉固定在侧板上，位于直线滑轨的内侧，并与直线滑轨平行，同时位于整个机械手的最下端，在下面形成一个平面，用于稳固笼盒。

本实用新型具有如下有益效果：

本实用新型实施例的IVC取放机械手，累计误差小，抓取精度高达2mm。机械手结构简单，各部件功能明确，夹持片上安装的海绵缓解了舵机堵转导致的断电松开问题，异形设计的托举叉和推杆限位开关避开了笼架内部的通风管、螺母、横梁等结构干扰。机械手通过安装的光纤放大器可以识别笼盒取放过程是否精准可靠，并通过多处物理限位开关判断机械手当前的位置状态。机械手通过螺纹丝杆加闭环步进电机保证伸缩精度达到0.1mm，并有效抑制了丢步问题。机械手解决了前端实验动物房内的笼架和笼盒管理以及笼盒取放等工作，大大节省了劳动力，并提高了工作效率，为后端自动化流水线处理提供了更好的基础设施。

附图说明

图1为本实用新型实施例的机械手立体结构示意图；

图2为本实用新型实施例的机械手的主视图；

图3为本实用新型实施例的机械手的爆炸视图；

图4为本实用新型实施例的机械手持有笼盒示意图。

附图标记说明：

250-侧板；251-舵机；252-连杆组；253-推杆；254-拨叉；255-夹持片；256- 直线滑轨；257-颜色感应器；258-电机；259-限位开关；2510-托举叉。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本实用新型作进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，本实用新型并不受限于以下所公开的示范性实施例，可以通过不同形式得以实现，说明书的实质仅仅是帮助相关领域技术人员综合理解本实用新型的具体细节。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本实用新型的概念。

在IVC行业中，目前主要以人工操作为主，仅在后端倒料、清洗和消毒等过程中部分实验室采取自动化流程处理，使用“笼盒清洗机”和“笼盒清洗操作机器人”完成对笼盒的预洗、清洗、冲洗和干燥的操作，但需先进入动物房将笼盒取出才能进行清洗操作，目前IVC的取放均由工作人员进入动物房完成；而在前端，实验动物房内主要是引入了换风系统，对于实时记录笼盒信息和笼盒的取放工作仍然需要依靠人力完成。整个行业基础设施已经比较成熟，操作流程也已形成标准规范，本实用新型提出了一种动物房独立通气笼盒(Individual Ventilated Cages,IVC)取放机械手，可部分地替代人工完成IVC取放和搬运，一定程度上缓解笼盒取放和搬动难度，提高工作效率，避免动物与工作人员之间的交叉感染，减少对动物及工作人员的健康危害。下面通过具体的实施例，对本实用新型技术方案进行详细说明。

实施例本实施例提供了一种动物房IVC取放机械手，图1所示为本实施例所述机械手的立体结构示意图；图2所示为本实施例所述机械手的主视图；图3所示为本实施例机械手的爆炸视图；图4所示为本实施例机械手持有笼盒示意图。

如图1至4所示，本实施例的机械手包括：侧板250、舵机251、连杆组252、推杆253、拨叉254、夹持片255、直线滑轨256、颜色感应器257、电机258、限位开关259、特别的，所述机械手还可以包括托举叉2510。机械手以侧板250的中线为轴，呈对称分布，其中的舵机251、连杆组252、推杆253、拨叉254、夹持片255、直线滑轨256、电机258、限位开关259、托举叉2510均呈对称分布，以成对的方式实现其相应的功能。

所述侧板250的一侧与舵机251、直线滑轨256、颜色感应器257、托举叉2510 固定连接；另一侧为外侧，作为机械手的背面。在实际应用中，所述侧板250还用于将机械手与控制装置的固定连接，例如，当通过步进电机和丝杆控制机械手的定位时，侧板用于将机械手固定在水平丝杆的滑座上，从而使得机械手可以沿丝杆移动。

所述连杆组252为两组，每组包括两个连杆，第一连杆的一端固定在舵机上，另一端与第二连杆的一端通过一个滑片相连，第二连杆的另一端固定在侧板上；两个连杆相互连接的滑片处与夹持片固定连接，从而将一个舵机与一个夹持片连接起来，同时保证两个连杆始终保持平行，保证两个夹持片始终平行。

所述舵机251为四个，其中两个舵机并列固定在侧板250内侧，其轴线与侧板250的轴线平行，并分别与其中一侧的夹持片255通过一组连杆组252相连，用于控制所述夹持片255的开合，实现机械手抓取动作。另外两个舵机251也固定在侧板上，其中一个舵机与推杆253相连，另一个舵机与拨叉254相连，为推杆253和拨叉254提供动力，在抓取过程中使推杆253推动笼盒，使拨叉254顶起笼盒，使笼盒脱离笼架上的卡槽，便于夹持片255将笼盒顺利从笼架取出。

所述夹持片255为两片，相互平行且对称分布于机械手两侧，两个夹持片255 的内侧面与笼盒的两个外表面平行，用于夹持笼盒。优选的，所述夹持片上可以安装海绵，一方面用于增加夹持片与笼盒之间的摩擦力提高平持的稳定性，另一方面避免夹持片和笼盒之间产生硬摩擦，以保护笼盒。

所述推杆253用于推动笼盒，使笼盒脱离卡扣。

所述拨叉254用于顶起笼盒，使笼盒脱离卡槽。

所述直线滑轨256的一端固定在侧板250内侧，与侧板250垂直，平行的在垂直于侧板的方向上位于最外的两侧。

所述限位开关259位于直线滑轨的前端，用于完成碰触检测任务，检测机械手运动过程中是否发生了碰触事件，从而完成机械手的定位。优选的，所述限位开关259为电感式接近传感模块和机械限位开关，还可采用其他常规检测方式。

所述电机258与直线滑轨256相连，用于控制前端限位开关259的伸出和收缩。

所述颜色感应器257安装于侧板250的内侧，其高度恰好与笼位指示块相齐。这里的笼位指示块用于协助机器人判断笼盒是否脱离笼架的卡槽，可以设置在笼架上，每个笼盒位置上设置一个笼位指示块。当脱离卡槽时，颜色感应器感应到笼位指示块；否则，无法感应到笼位指示块。

所述托举叉2510固定在侧板250的内侧，位于直线滑轨256的内侧，并与直线滑轨256平行，同时位于整个机械手的最下端，在下面形成一个平面，用于稳固笼盒。优选的，所述托举叉上可以根据实际需要安装识别感应装置，例如限位开关。

这里需要说明的是，笼盒在放入笼架以后，就会被笼架卡住，落入笼架上的卡槽内。笼架卡住笼盒稳定在卡槽内有两个相互配合的模块，一个是卡扣，另一个是位于笼架上笼盒位置后的橡胶塞。这里的橡胶塞形状为圆筒形，内部中空，一方面用于给笼盒通气，另一方面用于从后端顶住落入卡槽的笼盒，使笼盒卡入卡扣，保证笼盒在相应位置上的稳定，从而保证所饲养的实验动物在正常活动的情况下也不会引起笼盒的偏移和跌落，而这给机械手25取/放笼盒带来了不便。为了保证每次抓取笼盒时都能准确无误的脱离卡槽，以及放入笼架时成功落入卡槽，整个取/放过程中是需要程序算法和机械手各部分结构相互协调配合才能达到 100％成功取/放，并要求机械手25取/放精度达到2mm。

下面通过一个取出笼盒的例子来说明机械手的操作过程。

以机械手通过一个实验动物房笼盒自动取放机器人进行控制，来完成笼盒的取放过程。机械手可以作为机器人的一部分，接受机器人中央处理器的指令。首先机器人完成对所拿取的笼盒位置的定位，将机械手定位在笼盒的位置处。机械手依据所接收的拿取笼盒的命令，开始拿取动作。

优选的，在进行拿取动作之前，需要通过机械手上安装的各部分传感器协同来完成二次微调，以达到精准定位的目的。这里的微调通过限位开关完成。直线滑轨256的前端装有两个限位开关259用来识别笼架的左右障碍物，限位开关259 通过左右两边的直线滑轨256及贯穿式电机258调节前进位置。优选的，托举叉 2510靠近侧板250的头部底端也可以安装一个限位开关，这里的限位开关用于识别笼架下方的横梁；推杆253上也可以设置一个限位开关，用于识别笼架内部深浅不同的格子。同时侧板250的内侧的颜色感应器257用于识别笼盒与卡槽之间的位置关系，判断笼盒是否脱离卡槽或进入卡槽。当脱离卡槽时，光纤感应器感应到笼位指示块；否则，无法感应到笼位指示块。

在定位的二次微调完成后：

首先，由舵机251带动推杆253向笼架内推动笼盒，再带动拨叉254向上顶起笼盒，使笼盒脱离笼架上的卡扣；此时，颜色感应器257判断笼盒是否脱离卡槽；如果颜色感应器感应到笼盒指示块，则笼盒已脱离卡槽，执行下一步；如果颜色感应器未感应到笼盒指示块，则笼盒未脱离卡槽，重复执行本步骤，直到颜色感应器感应到笼盒指示块。

其次，两片夹持片252由舵机251同时带动，平行向内闭合运动，夹住笼盒的外侧面。两个舵机251使得两片夹持片252始终保证平行运动，夹持片252在夹住笼盒的接触面时能够紧密贴合而均匀受力，夹持片252施加的夹力要能保证笼盒能够顺利从笼架内取出笼盒。

优选的，通过托举叉2510稳固笼盒，保证在夹持片的夹持力量不够的情况下有托举叉2510提供托力。

下面再以一个放回笼盒的过程为例，对机械手的操作进行说明。

还是以机械手为笼盒自动取放机器人的一部分为例进行说明。当需要将笼盒放回笼架时，机械手的两片夹持片252由两个舵机251同时带动夹住的笼盒运动，两片夹持片252始终保证平行运动，将笼盒向笼架内送入预定的深度。机器人完成定位后，与取出过程一样进行定位的二次微调，微调完成后：

首先，舵机251带动两片夹持片252向外打开运动，松开笼盒，使笼盒落入笼架卡槽的位置；

其次，推杆253推动笼盒，使笼盒顶住后侧的橡胶塞移动一小段距离，在自身重力作用下笼盒前端进入卡槽，在橡胶塞的反弹作用下，笼盒回弹，卡扣卡住笼盒，并在橡胶塞的弹力作用下稳定在卡槽内。此时，颜色感应器257判断笼盒是否进入卡槽；如果颜色感应器无法感应到笼盒指示块，则笼盒已进入卡槽，执行下一步；如果颜色感应器伋然感应到笼盒指示块，则笼盒未进入卡槽，重复执行本步骤，直到颜色感应器不能感应到笼盒指示块。

本实施例所述机械手累计误差小，抓取精度高达2mm，并能配合机器人实现笼盒位置的精准微调和定位。机械手结构简单，各部件功能明确，异形设计的托举叉和推杆限位开关避开了笼架内部的通风管、螺母、横梁等结构干扰。机械手通过安装的颜色感应器可以识别笼盒取/放过程是否精准可靠，并通过多处物理限位开关判断机械手当前的位置状态。机械手通过螺纹丝杆加闭环步进电机保证伸缩精度达到0.1mm，并有效抑制了丢步问题。机械手解决了前端实验动物房内的笼架和笼盒管理以及笼盒取/放等工作，大大节省了劳动力，并提高了工作效率，为后端自动化流水线处理提供了更好的基础设施。

以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (2)

1.一种动物房IVC取放机械手，其特征在于，所述机械手包括：侧板、舵机、连杆组、夹持片、推杆、拔叉、直线滑轨、限位开关、电机、颜色感应器；其中，

所述侧板与舵机、直线滑轨、颜色感应器固定连接；

所述连杆组为两组，每组包括两个连杆，第一连杆的一端固定在舵机上，另一端与第二连杆的一端通过一个滑片相连，第二连杆的另一端固定在侧板上，两个连杆相互连接的滑片处与夹持片固定连接，将一个舵机与一个夹持片连接起来，同时保证两个连杆始终保持平行，保证两个夹持片始终平行；

所述舵机为四个，其中两个舵机并列固定在侧板内侧，其轴线与侧板的轴线平行，并分别与其中一侧的夹持片通过一组连杆相连，用于控制所述夹持片的开合；另外两个舵机也固定在侧板上，其中一个舵机与推杆相连，另一个舵机与拨叉相连，为推杆和拨叉提供动力，使推杆推动笼盒，使拨叉顶起笼盒；

所述夹持片为两片，相互平行且对称分布于机械手两侧，两个夹持片的内侧面与笼盒的两个外表面平行，用于夹持笼盒；

所述推杆用于推动笼盒，使笼盒脱离卡扣；

所述拨叉用于顶起笼盒，使笼盒脱离卡槽；

所述直线滑轨垂直于侧板，位于最外的两侧；

所述限位开关位于直线滑轨的前端，用于完成碰触检测任务，检测机械手运行过程中是否发生了碰触事件，完成机械手对笼盒位置的定位；

所述电机与直线滑轨相连，用于控制前端限位开关的伸出和收缩；

所述颜色感应器安装于侧板上，与舵机同侧，其高度与笼位指示块相齐。

2.根据权利要求1所述的动物房IVC取放机械手，其特征在于，所述机械手还包括：托举叉，所述托举叉固定在侧板上，位于直线滑轨的内侧，并与直线滑轨平行，同时位于整个机械手的最下端，在下面形成一个平面，用于稳固笼盒。