CN209722111U - 用于微生物培养与生长监测的装置 - Google Patents

Abstract

用于微生物培养与生长监测的装置，包括支架、水平传动机构、皿托盘、机械抓取机构、摄像模块、上位机和控制器。水平传动机构安装在环形镂空区域，皿托盘安装在水平传动机构上，机械抓取机构安装在支架上，摄像模块安装在机械抓取机构上。上位机中内置用于判断培养皿中微生物生长是否完成的微生物生长监测处理系统，控制器分别与水平传动机构、机械抓取机构、摄像模块和上位机均电连接或通信连接。控制器控制水平传动机构、机械抓取机构和摄像模块的运动，并与上位机进行通信，完成对所有皿托盘上培养皿中微生物根据其生长情况进行分拣。本实用新型控制简单、自动化程序高、能够有效提高监测效率，大大缩减经济成本和时间成本。

Description

用于微生物培养与生长监测的装置

技术领域

本实用新型涉及微生物监测领域，特别是一种用于微生物培养与生长监测的装置。

背景技术

精确监测微生物生长过程以及及时处理生长完成的微生物，在生物制药行业中对微生物的生长的效率和性能把握具有重要的意义。目前常用的监测微生物培养生长过程是：将多个培养皿放置在恒温实验箱中，实验员预估微生物生长完成所需的大致时间，当预计微生物生长完成时，从恒温实验箱中取出培养皿放入扫描仪中，由扫描仪对培养皿中微生物进行实时扫描并生成图像，基于图像处理方法判断培养皿中微生物的生长情况。

现有上述微生物的监测装置和监测方法需要实验员人工进行微生物生长时间的预估以及对培养皿的取出与放置，且不能对微生物培养皿进行自动监测，然而微生物培养过程漫长且不同微生物培养皿中菌种生长完全的时间不同，因此人工手动监测微生物菌种生长动作过程繁琐并且费时费力。

实用新型内容

本实用新型的目的是克服现有技术的上述不足而提供一种用于微生物培养与生长监测的装置，该装置能够实现对微生物培养皿进行自动循环回转监测，该监测方法基于拍摄的图片根据微生物的生长情况对培养皿进行分类，克服了现有人工监测时费时费力且监测不准确的缺陷。

本实用新型的技术方案是：用于微生物培养与生长监测的装置，包括支架、水平传动机构、多个皿托盘、机械抓取机构、摄像模块、上位机和控制器；

所述支架上端设有用于安装水平传动机构的环形镂空区域；

所述水平传动机构包括承载板、减速电机和链传动组件；所述承载板设置在支架的环形镂空区域内；所述减速电机安装于支架上，其与链传动组件关联，以驱动承载板在环形镂空区域内作水平移动；

所述皿托盘安装在承载板上，其上设有四个放置培养皿的工位；

所述机械抓取机构安装在支架上，其用于抓取皿托盘上的培养皿；

所述摄像模块安装在机械抓取机构上；

所述上位机中内置培养皿中微生物生长监测处理系统，用于根据摄像模块拍摄的图片判断培养皿中微生物是否已经生长完全；

所述控制器分别与减速电机、机械抓取机构、摄像模块和上位机均电连接或通信连接。

本实用新型进一步的技术方案是：所述承载板包括呈半月形的板体、固设在板体下端并向板体外侧水平伸出的托板和固设在托板下的卡爪；所述板体的外侧边为外凸圆弧，内侧边为内凹圆弧；所述承载板的数量为多个，承载板的板体放置在相邻承载板的托板上且板体的外侧边与相邻承载板板体的内侧边相对应；

所述链传动组件包括链条、主动链轮和从动链轮，主动链轮安装在减速电机的输出轴上，从动链轮直接或间接安装在支架上，并与主动链轮平齐，链条绕设在主动链轮和从动链轮之间；

所述承载板通过卡爪固定在链条上。

本实用新型再进一步的技术方案是：所述链条包括上链板、下链板、滚轮和销钉；所述上链板、下链板两端均设有供销钉穿过的孔，所述上链板与其相邻的上链板在端部叠放且端部的孔相连通，所述下链板与其相邻的下链板在端部叠放且端部的孔相连通，滚轮位于上链板和下链板之间，销钉由上至下依次穿过叠放的上链板端部的孔、滚轮和叠放的下链板端部的孔，从而将上链板、滚轮和下链板连接为一体；

所述承载板通过卡爪固定在上链板上。

本实用新型更进一步的技术方案是：所述皿托盘的每个工位上均设有用于限定培养皿放置位置的放置架，每个放置架中放置的培养皿的最大数量相等。

本实用新型更进一步的技术方案是：所述机械抓取机构包括基座、舵机、多节段机械臂和机械手爪，所述基座安装在支架上，舵机对多节段机械臂和机械手爪的运动状态进行控制。

本实用新型与现有技术相比具有如下特点：

1、可自动循环回转，自动化程度高，用户仅需通过上位机中对装置的状态进行控制即可，一个皿托盘中培养皿分拣完成后，无需用户手动设置即可自动进行下一个皿托盘的分拣。

2、利用摄像模块与机械抓取机构共同作用，且皿托盘中设置多个工位减少机械抓取机构的运动行程，提高了微生物培养生长过程的监测效率，且使得微生物菌落培养的经济成本和时间成本大大缩减。

以下结合附图和具体实施方式对本实用新型的详细结构作进一步描述。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为图1的俯视图；

图3为皿托盘上的工位分布图；

图4为机械抓取机构的结构示意图；

图5为水平传动机构的局部结构图；

图6位本实用新型的控制示意图；

图7为本实用新型的监测方法的工作流程图。

具体实施方式

实施例1：

如图1-6所示，用于微生物培养与生长监测的装置，包括支架1、水平传动机构2、多个皿托盘3、机械抓取机构4、摄像模块5、上位机和控制器。

所述支架1上端设有用于安装水平传动机构2的环形镂空区域1-1。

所述水平传动机构2包括承载板2-1、减速电机2-2和链传动组件。所述承载板2-1设置在支架1的环形镂空区域1-1内。所述减速电机2-2安装于支架2-1上，其与链传动组件关联，以驱动承载板2-1在环形镂空区域1-1内作水平移动。

所述承载板2-1包括呈半月形的板体2-1-1、固设在板体2-1-1下端并向板体2-1-1外侧水平伸出的托板2-1-2和固设在托板2-1-2下的卡爪2-1-3。所述板体2-1-1的外侧边为外凸圆弧，内侧边为内凹圆弧。

如图5所示，所述承载板2-1的数量为多个，承载板2-1的板体2-1-1放置在相邻承载板2-1的托板2-1-1上，且板体2-1-1的外侧边与相邻承载板2-1的板体2-1-1的内侧边相对应。

所述链传动组件包括链条、主动链轮和从动链轮，主动链轮（图中未示出）安装在减速电机2-2的输出轴上，从动链轮（图中未示出）直接或间接安装在支架上，并与主动链轮平齐，链条绕设在主动链轮和从动链轮之间。

如图5所示，所述链条包括上链板2-3、下链板2-4、滚轮2-5和销钉2-6。所述上链板2-3、下链板2-4两端均设有供销钉2-6穿过的孔，所述上链板2-3与其相邻的上链板2-3在端部叠放且端部的孔相连通，所述下链板2-4与其相邻的下链板2-4在端部叠放且端部的孔相连通，滚轮2-5位于上链板2-3和下链板2-4之间，销钉2-6由上至下依次穿过叠放的上链板2-3端部的孔、滚轮2-5和叠放的下链板2-4端部的孔，而将上链板2-3、滚轮2-5和下链板2-4连接为一体。

所述承载板2-1通过卡爪2-1-3固定在上链板2-3上，通过减速电机2-2的驱动，和链传动组件的传动，承载板2-1能够在环形镂空区域1-1做水平移动。

所述皿托盘3安装在承载板2-1上，其上设有四个工位。所述每个工位上均设有放置架3-1，放置架3-1用于限定培养皿3-2的放置位置，每个放置架3-1中放置的培养皿3-2的最大数量相等。

所述机械抓取机构4安装在支架1上，其用于抓取皿托盘3上的培养皿3-2。所述机械抓取机构4包括基座4-1、舵机4-2、多节段机械臂4-3和机械手爪4-4。所述基座4-1安装在支架1上，舵机4-2对多节段机械臂4-3和机械手爪4-4的运动状态进行控制。例如，舵机4-2控制多节段机械臂4-3使得机械手爪4-4在承载板2-1上的四个工位之间运动，以将培养皿3-2分拣到不同的工位上。机械抓取机构4为目前机械领域常见的现有技术，故其内部详细结构及工作原理并未累述。

所述摄像模块5安装在机械抓取机构4上，具体的，摄像模块5安装在机械抓取机构4的机械手爪4-4上，方便对机械手爪4-4抓取的培养皿3-2中微生物进行拍摄。

所述上位机中内置培养皿3-2中微生物生长监测处理系统，用于根据摄像模块5拍摄的图片判断培养皿3-2中微生物是否已经生长完全。基于图像判断微生物的生长状态是本领域常用的方法，在此不做过多阐述。

如图6所示，所述控制器分别与减速电机2-2、机械抓取机构4、摄像模块5和上位机均电连接或通信连接，以控制减速电机2-2、机械抓取机构4和摄像模块5的运动状态。

如图7所示，基于前述实施例1的用于微生物培养与生长监测的装置进行微生物培养与生长监测的方法，包括如下步骤：

定义皿托盘上四个工位分别为1号工位、2号工位、3号工位和4号工位(参看图3)。

S1，准备多个培养皿3-2，人工把母菌均涂于每个培养皿3-2中，将每个皿托盘3的1号工位和2号工位中均放置12个涂有母菌的培养皿3-2，任母菌生长一定时间。图3示出了在皿托盘3的1号工位和2号工位中放置培养皿3-2，3号工位和4号工位未放置培养皿3-2的俯视图。

S2，控制器控制机械抓取机构4的机械手爪4-4抓取皿托盘3上1号工位中放置的培养皿3-2，将该培养皿3-2上升到适合拍照的位置时，例如，培养皿3-2与摄像模块5的垂直距离为6mm，以方便摄像模块5对焦等，由机械手爪4-4上的摄像模块5对培养皿3-2中的微生物进行拍摄，从而获得清晰的微生物生长状态图片，并将拍摄的图片传入到上位机。

S3，上位机依据拍摄的图片判断图片中的微生物是否生长完成，若生长完成，上位机发送信号至控制器，控制器控制机械抓取机构4中的舵机4-2，使得多节段机械臂4-3将机械手爪4-4抓取的培养皿3-2放入3号工位中。若生长未完成，上位机发送信号至控制器，控制器控制机械抓取机构4中的舵机4-2，使得多节段机械臂4-3将机械手爪4-4抓取的培养皿3-2放入4号工位中；从而完成一个培养皿3-2的分拣。

S4，循环步骤S2-S3，直至将1号工位中的12个培养皿3-2全部分拣完成。

S5，控制器控制机械抓取机构4中的舵机4-2，使得机械手爪4-4抓取皿托盘3上2号工位中放置的培养皿3-2，将该培养皿3-2上升到适合拍照的位置时，例如，培养皿3-2与摄像模块5的垂直距离为6mm，以方便摄像模块5对焦等，由机械手爪4-4上的摄像模块5对培养皿3-2中的微生物进行拍摄，从而获得清晰的微生物生长状态图片，并将拍摄的图片传入到上位机。

S6，上位机依据拍摄的图片判断图片中的微生物是否生长完成，若生长完成，上位机发送信号至控制器，控制器控制机械抓取机构4中的舵机4-2，使得多节段机械臂4-3将机械手爪4-4抓取的培养皿3-2放入3号工位中。若生长未完成，上位机发送信号至控制器，控制器控制机械抓取机构4中的舵机4-2，使得多节段机械臂4-3将机械手爪4-4抓取的培养皿3-2放入4号工位中；从而完成一个培养皿3-2的分拣。

S7，循环步骤S5-S6，直至将2号工位中的12个培养皿3-2全部分拣完成；从而完成一个皿托盘3的分拣。

S8，控制器控制减速电机3-2旋转，减速电机3-2驱动链传动组件，从而承载板2-1连同其上的皿托盘在环形镂空区域1-1内作水平移动，使得下一个皿托盘3运动到机械手爪4-4的下方，循环步骤S2-S7，完成下一个皿托盘3上1号工位和2号工位中培养皿3-2的分拣。

S9，重复步骤S8，直至承载板2-1上所有皿托盘3上1号工位和2号工位中培养皿3-2的分拣完成。

进一步地，若S6或S7步骤中，3号工位中培养皿3-2数量达到最大值，也就是说分拣过程中生长完成的培养皿的数量达到12个，此时，由于1号工位中的培养皿3-2已经全部分拣到3号工位或4号工位，1号工位中没有培养皿3-2，则将2号工位中下一个判断生长完成的培养皿3-2放入1号工位中。

若S6或S7步骤中，4号工位中的培养皿3-2数量达到最大值，也就是说分拣过程中生长未完成的培养皿3-2的数量达到12个，则将2号工位中下一个判断为生长未完成的培养皿3-2放入1号工位中。

Claims (5)

1.用于微生物培养与生长监测的装置，其特征是：包括支架、水平传动机构、多个皿托盘、机械抓取机构、摄像模块、上位机和控制器；

所述支架上端设有用于安装水平传动机构的环形镂空区域；

所述水平传动机构包括承载板、减速电机和链传动组件；所述承载板设置在支架的环形镂空区域内；所述减速电机安装于支架上，其与链传动组件关联，以驱动承载板在环形镂空区域内作水平移动；

所述皿托盘安装在承载板上，其上设有四个放置培养皿的工位；

所述机械抓取机构安装在支架上，其用于抓取皿托盘上的培养皿；

所述摄像模块安装在机械抓取机构上；

所述上位机中内置培养皿中微生物生长监测处理系统，用于根据摄像模块拍摄的图片判断培养皿中微生物是否已经生长完全；

所述控制器分别与减速电机、机械抓取机构、摄像模块和上位机均电连接或通信连接。

2.如权利要求1所述的用于微生物培养与生长监测的装置，其特征是：

所述承载板包括呈半月形的板体、固设在板体下端并向板体外侧水平伸出的托板和固设在托板下的卡爪；所述板体的外侧边为外凸圆弧，内侧边为内凹圆弧；所述承载板的数量为多个，承载板的板体放置在相邻承载板的托板上且板体的外侧边与相邻承载板板体的内侧边相对应；

所述链传动组件包括链条、主动链轮和从动链轮，主动链轮安装在减速电机的输出轴上，从动链轮直接或间接安装在支架上，并与主动链轮平齐，链条绕设在主动链轮和从动链轮之间；

所述承载板通过卡爪固定在链条上。

3.如权利要求2所述的用于微生物培养与生长监测的装置，其特征是：所述链条包括上链板、下链板、滚轮、销钉和插销；所述上链板、下链板两端均设有供销钉穿过的孔，所述上链板与其相邻的上链板在端部叠放且端部的孔相连通，所述下链板与其相邻的下链板在端部叠放且端部的孔相连通，滚轮位于上链板和下链板之间，销钉由上至下穿过叠放的上链板端部的孔、滚轮和叠放的下链板端部的孔，销钉位于下链板的下端由插销限位；

所述承载板通过卡爪固定在上链板上。

4.如权利要求1所述的用于微生物培养与生长监测的装置，其特征是：所述皿托盘的每个工位上均设有用于限定培养皿放置位置的放置架，每个放置架中放置的培养皿的最大数量相等。

5.如权利要求1所述的用于微生物培养与生长监测的装置，其特征是：所述机械抓取机构包括基座、舵机、多节段机械臂和机械手爪，所述基座安装在支架上，舵机对多节段机械臂和机械手爪的运动状态进行控制。