CN218709045U - 一种机械臂和具有该机械臂的多轴机器人 - Google Patents

Abstract

本申请涉及机器自动化技术领域，具体公开一种机械臂和具有该机械臂的多轴机器人。该机械臂包括机械臂本体，机械臂本体上设有开盖机构和移液机构，移液机构用于样本获取和样本转移。机械臂应用于样本收集时，机械臂本体能够受驱动在对应容器的工位上进行移位、旋转等动作，以使开盖机构能够对工位上的容器进行自动开盖处理，移液机构能够获取开盖的容器的内容物，并将内容物转移至指定位置。因此，基于机械臂能够实现开盖移液自动化，以提升无菌检查效率。开盖机构、移液机构共同设于一个机械臂本体上，通过对机械臂本体进行旋转移位等操作就可以直接进行开盖结构和移液机构之间的功能切换，结构紧凑。

Description

一种机械臂和具有该机械臂的多轴机器人

技术领域

本申请涉及机器人技术领域，更具体地说，涉及一种机械臂和具有该机械臂的多轴机器人。

背景技术

无菌检查作为生物制品（如疫苗）检测中最基础、最为重要的检查，是评价疫苗安全性最重要的指标。生物制品（如疫苗）生产全过程都需按照GMP（药品生产质量管理规范）要求，严格进行无菌操作并在每个质量查证点进行无菌检查。疫苗成品无菌检查是产品放行的重要步骤。

无菌检查需要相当大的样品量才具有代表性，由于单支疫苗产品装量（0.5-1.0ml）普遍较小，目前的实验操作需要大量重复性的人工操作，包括：钳子开盖-加水溶解-转移吸出-富集一定体积（一般几十毫升）,然后再进行无菌检查，由于目前普遍采用人工手动重复操作，工作强度大，并且人工操作还带来一定的染菌风险，影响产品质量判定和上市周期。

实用新型内容

为了改善生物制品进行无菌检查时需要手动进行开盖和移液的状况，本申请提供一种机械臂和具有该机械臂的多轴机器人，可用于自动开盖和移液等操作。

第一方面，本申请提供一种机械臂，并采用如下技术方案：

一种机械臂，包括机械臂本体，所述机械臂本体上设有开盖机构和移液机构，所述移液机构用于样本获取和样本转移。

通过采用上述技术方案：所述机械臂应用于样本收集时，机械臂本体能够受驱动在对应容器的工位上进行移位、旋转等动作，以使机械臂本体上的开盖机构、移液机构分别对工位上的西林瓶进行对应操作，开盖机构能够对工位上的容器进行自动开盖处理，移液机构能够获取开盖的容器的内容物（样本），并将内容物转移至指定位置。因此，基于所述机械臂能够实现开盖移液自动化，以提升无菌检查效率。开盖机构、移液机构共同设于一个机械臂本体上，通过对机械臂本体进行旋转移位等操作就可以直接进行开盖结构和移液机构之间的功能切换，结构紧凑。

可选的，所述开盖机构和移液机构之间呈夹角分布设置。

通过采用上述技术方案，夹角分布设置会使得开盖机构和移液机构的执行端呈背离分布，能够增加开盖机构和移液机构的执行端的间距，分别提升了开盖机构、移液机构的执行操作空间，有利于降低两个机构之间的执行干涉可能；多轴机器人能方便的通过旋转来切换开盖机构和移液机构至工作位置，切换速度快，工作效率高。

可选的，所述开盖机构和移液机构之间的夹角为90°。

通过采用上述技术方案：该夹角设计，使得切换开盖机构和移液机构的旋转角度不至于太大而增加操作时间，也不至于太小而使得一个机构在操作产品时，另一机构容易碰撞到产品。

可选的，所述机械臂本体为柱状，所述机械臂本体的一端上设有用于与开盖机构连接的第一连接部和用于与移液机构连接的第二连接部，所述第一连接部和第二连接部均为柱状。

通过采用上述技术方案：柱状设计使得连接结构简洁，也便于定位和操控。

可选的，所述开盖机构包括用于与机械臂本体连接的开盖连接臂和设于开盖连接臂上的夹爪结构，夹爪结构配置为能相互收拢以夹取物体，或者相互散开以放开物体。

通过采用上述技术方案：开盖机构可以通过夹爪由外向内的夹取瓶盖等物体，能对瓶盖保持适当的夹持力，夹爪不容易脱离瓶盖，并能够通过松开夹爪来放下瓶盖等物体，操作过程可控性强，不容易损伤到瓶盖和瓶身。

可选的，所述开盖机构配置为能受驱动而相对所述机械臂本体旋转。

通过采用上述技术方案：该机构还能用于需要通过旋转才能取下的瓶盖或其他物体，在开盖机构固定瓶盖后旋转，可以将瓶盖旋出瓶身。

可选的，所述移液机构包括用于与机械臂本体连接的移液连接臂和设于移液连接臂的针管组件，所述针管组件能受驱动而抽取液体或者向外灌装液体。

通过采用上述技术方案：用针管来抽取或者注射液体，定位精准，能方便的插入瓶身，还可以刺破已开盖的西林瓶的软塞，向西林瓶中注入水等溶剂并进行吸打混匀。

可选的，所述移液机构可拆卸的连接于所述机械臂本体上。

通过采用上述技术方案：可以选择在要进行开盖动作时，自动卸下移液机构，再进行开盖动作，卸下盖子后，再自动装上移液机构进行抽液和灌液等操作。该设计可以使得在开盖过程中，机械臂不连带着移液机构移动而剐蹭其他物体或者人，提高了作业的安全性。

可选的，所述移液机构和所述机械臂本体之间通过磁吸、负压或者夹紧的方式进行可拆卸的连接。

通过采用上述技术方案：磁吸、负压或者夹紧的方式，反应快，可以快速的实现连接和拆卸。

第二方面，本申请提供一种多轴机器人，并采用以下技术方案：

一种多轴机器人，包括上述机械臂和驱动所述机械臂旋转或移动的驱动臂装置。

通过采用上述技术方案：驱动臂装置可以驱动机械臂移动，能带动末端的开盖机构和移液机构到达多个指定位置，以进行相应的开盖和移液等操作。

综上所述，本申请的多轴机器人具有以下有益效果：

本申请设计了一种自动化机械臂装置，可用于生物制品（如疫苗）的无菌检查之中，能代替人工无菌实验中开启瓶盖、溶解样品、转移吸出和富集一定体积的操作步骤，大幅减少人力劳动，提高效率；

通过机械移液，溶解冻干疫苗或液态疫苗，减少人为污染干扰，提高检测的准确性；

自动化机械操作比人为操作更有序，更有利于准确记录实验过程；

由于人工作业需要进行火焰表面灭菌操作及对样品个体擦试消毒剂，本方案进行机械臂自动化操作，减少火焰表面灭菌操作及对样品个体擦试消毒剂，降低了生产成本。

附图说明

图1为机械臂的一种结构图。

图2为图1的机械臂的爆炸图。

图3为图1的机械臂安装在驱动臂装置上，得到一种多轴机器人的结构图。

图4为图3的多轴机器人的局部爆炸图。

图5为图3的多轴机器人的另一视角机构图。

图6为卸下移液机构的机械臂中的开盖机构从竖直方向夹持西林瓶瓶盖的状态结构图。

图7为图6的开盖机构夹持着西林瓶瓶盖，进行原位倾斜移动，从而将西林瓶瓶盖从西林瓶中拔出的状态图。

附图标记：

1、驱动臂装置；11、第一轴；111、基段；112、旋转段；12、第二轴；13、第三轴；14、第四轴；15、第五轴；151、固定段；152、转动段；

2、机械臂本体；21、第一连接部；22、第二连接部；23、磁棒；24、连接轴；

3、开盖机构；31、开盖连接臂；32、夹爪结构；321、夹指；322、圆锥台；

4、移液机构；41、移液连接臂；42、针管组件；

θ、夹角；

5、西林瓶；51、西林瓶瓶盖。

具体实施方式

下面结合实施例对本申请作进一步详细说明。

本申请实施例公开一种机械臂，请参照图1，为机械臂的一种实施结构图。该机械臂包括机械臂本体2、开盖机构3和移液机构4。开盖机构3和移液机构4分别连接在机械臂本体2上。

机械臂本体2的一端上设有用于与开盖机构3连接的第一连接部21和用于与移液机构4连接的第二连接部22。其中，所述第一连接部21和第二连接部22均可以为柱状，有利于进行同轴连接，便于定位和操控等。

所述第一连接部21和第二连接部22之间呈夹角分布，夹角为θ，即与第一连接部21连接的开盖机构3和与第二连接部22连接的移液机构4之间呈夹角分布，可以通过旋转来切换开盖机构和移液机构至工作位置，切换速度快，工作效率高。其中，夹角θ角度大小可以根据开盖机构3和移液机构4的执行端的执行空间需求进行调整确定，以便于开盖机构3和移液结构4的执行端的执行工作。例如，可以将夹角角度设置为180度，如此，开盖机构3和移液机构4的执行端朝向完全相反，执行干涉小，执行空间限制小。而作为优选的，本申请实施例将夹角角度设置为90°，使得开盖机构3和移液机构4的切换旋转角度不至于太大而增加功能切换操作时间和转换操作空间，也不至于太小而使得一个机构在操作产品时，另一机构容易碰撞产品，因而提高了作业的安全性。

机械臂本体2的一种可选的形状为Y形，Y形的两分叉端分别为第一连接部21和第二连接部22。Y形的机械臂本体2的第三端作为驱动连接端，用于与外部驱动机构连接，能够在外部驱动机构的驱动作用下带动第一连接部和第二连接部进行旋转，实现开盖机构3和移液机构4位置切换。可选的，Y形的机械臂本体2的第三端上具有一旋转轴24，旋转轴24作为驱动连接端，用于与外部驱动机构连接。外部驱动机构可以是多种形式，只要能够带动机械臂本体2进行旋转、位移等运动即可，例如可以是驱动臂装置。

开盖机构3包括用于与机械臂本体2连接的开盖连接臂31和设于开盖连接臂31上的夹爪结构32。夹爪结构32配置为能相互收拢以夹取物体，或者相互散开以放开物体。例如，夹爪结构32包括多根夹指321，如四根夹指321。多根夹指321能相互收拢以夹取瓶盖，或者相互散开以放开瓶盖。作为一个可选的实施例，夹爪结构32还包括一圆锥台322，圆锥台322的两端面均为平面，圆锥台322直径小的一端朝向指尖，所有夹指321环设在该圆锥台322周侧，夹指321收拢后能斜靠贴紧该圆锥台322的侧面，不能再继续向内收拢，能限制夹指321之间的碰撞。每根夹指321末端还向中心倾斜设计，有利于夹紧瓶盖。在一实施中，开盖机构3通过夹爪结构32夹紧瓶盖后，原位倾斜将瓶盖拔起（翘起），而后将开启的瓶盖放入瓶盖收集区，以完成开盖过程。

请参阅图2，图2为图1的机械臂的爆炸图，其中，所述开盖机构3可以通过法兰连接于机械臂本体2，也可以通过其他连接件如旋转头进行连接，还可以将开盖机构3设置为能受驱动而相对所述机械臂本体2旋转。该旋转设置可以在需要旋转才能拧开瓶盖时起到旋开瓶盖的作用。此外，开盖机构3还可以通过磁吸、负压或者夹紧的方式连接于机械臂本体2，以选择在进行移液前卸下开盖机构3，在机械臂本体2上只安装移液机构4进行移液的操作，完成后可选择卸下或不卸下移液机构4，再连接开盖机构3进行开盖作业。

所述移液机构4包括用于与机械臂本体2连接的移液连接臂41和设于移液连接臂41的针管组件42，所述针管组件42能受驱动而抽取液体或者向外灌装液体。针管可以抽取或者注射液体，能方便的插入瓶身，还可以刺破已开盖的西林瓶的软塞，向西林瓶中注入水或其他溶剂对疫苗进行稀释，并进行吸打混匀等操作，而后直接将混合完成的疫苗液抽出，转移至集液瓶，从而完成移液操作。

针管组件的容量可以依需求而设定，如0.5mL、1mL、2mL、5mL等，较小且适宜的容量设计可以降低药液在针管中的残留量。针管组件42可以是活塞式、末端吸球式等，能被推动或者挤压而抽取液体或者向外灌装液体。例如针管组件42是活塞式结构，移液机构4的内部还安装有能推动该活塞式结构的动力机构，当移液机构4连接上机械臂本体2后，机械臂本体2连接上驱动臂装置1后，移液机构4上的电接口和机械臂本体2的电接口接通，机械臂本体2和驱动臂装置1可以通过电线进行电连接，驱动臂装置1可以控制移液机构4中的动力机构的启动或停止，从而能控制针管组件42的抽液和灌液等操作。

在一些实施例中，待转移的样本无需稀释，移液机构4的移液方式，除了可以是上述针管组件42抽吸转移的方式，也可以是其他的方式，例如将开盖后的西林瓶等转移至集液的位置进行倾倒等。

作为一种优选的实施例，设计移液机构4可拆卸的连接于机械臂本体2。该设计的主要目的在于，在要进行开盖动作时，可以自动卸下移液机构4，再进行开盖动作，开盖并卸下盖子后，再自动装上移液机构4，以使得在开盖过程中，机械臂不连带着移液机构4移动而触碰其他物体，提高了作业的安全性。

移液机构4和机械臂本体2实现可拆卸连接有几种可选方式，可以是磁吸、空气负压或者夹紧等方式。请参考图2，磁吸方式可以是，机械臂本体2的一分叉末端安装一根磁棒23，该磁棒23的前头为半球形，移液连接臂41具有一安装腔，该磁棒23能适配的插入该安装腔中，磁棒23和安装腔还进行电连接，在开启电流后实现磁吸固定。在要进行开盖作业时，先将移液机构4移动至固定架上，断开电流，机械臂本体2和移液机构4断开连接，再驱动开盖机构3到指定位置进行开盖操作。对于其他的可拆卸连接方式，例如负压可以采用类似磁吸的方式，通过负压真空吸附和解除负压来实现移液机构4和机械臂本体2的固定和分离。夹紧方式可以是设置弹射开关来夹紧、松开连接处以实现移液机构4和机械臂本体2的固定和分离。以上采用磁吸、负压或者夹紧的方式，优点在于反应速度快，可以快速的实现移液机构4和机械臂本体2的连接和分离。

本申请实施例还公开了一种多轴机器人。请参阅图3，将机械臂本体2的连接轴24连接于驱动臂装置1上，使得图1的整个机械臂安装在了驱动臂装置1上，得到了一种多轴机器人。驱动臂装置1可以驱动机械臂本体2旋转，以使得开盖机构3和移液机构4旋转切换，以进行开盖和移液的轮换作业。

请参照图4和图5，图4为图3的多轴机器人的局部爆炸示意图，图5是图3的多轴机器人的另一视角结构图。该多轴机器人包括驱动臂装置1和图1所示的机械臂。其中，机械臂的连接轴24直接连接于驱动臂装置1上，此外，驱动臂装置1和机械臂的机械臂本体2之间可以使用电线进行电连接，机械臂本体2分别和开盖机构3、移液机构4之间可以使用电线或者电接口进行电连接，使得驱动臂装置1可以驱动开盖机构3和移液机构4的旋转、开盖和移液等操作。

请继续参阅图4和图5，该驱动臂装置1包括依次首尾连接的第一轴11、第二轴12、第三轴13、第四轴14和第五轴15，并且相邻的两根轴相互垂直。第一轴11包括同轴竖向设置的基段111和旋转段112。旋转段112连接于基段111，旋转段112能受驱动而围绕旋转段112的轴心旋转。第二轴12固定于旋转段112的上端。第二轴12和第四轴14位于第三轴13的同一侧，并且第二轴12的轴心、第四轴14的轴心和第三轴13的轴心位于同一平面上。第三轴13能受驱动而围绕第二轴12的轴心旋转。第四轴14能受驱动而围绕第四轴14的轴心旋转。第五轴15包括固定段151和转动段152。固定段151固定于第四轴14。转动段152同轴连接于固定段151。转动段152能受驱动而相对固定段151的轴心进行360°旋转。

如图5，转动段152远离固定段151的一端具有两片相对位置固定且平行的夹板，两片夹板之间安装一根可旋转的横轴，该横轴垂直于这两片夹板，连接轴24的一端固定于该横轴，驱动臂装置1通过驱动该横轴围绕该横轴轴心的方向旋转，从而驱动连接轴24在两片夹板之间的空间内以平行于夹板的方向来回旋转。转动段152还具有固定两片夹板的基部，为了使机械臂本体2不碰撞到转动段152的基部，设置连接轴24的旋转角度为270°。

结合图6和图7的开盖过程图，以下展示包含机械臂的多轴机器人的一个采样工作过程为：

对于固定在托盘上的多个西林瓶5，西林瓶5中装载有冻干的疫苗，驱动臂装置1驱动开盖机构3到达一个西林瓶5上方（此时机械臂本体2上未安装移液机构4），下移开盖机构3并打开夹爪，夹爪对准西林瓶瓶盖51并收拢夹紧，原位倾斜将西林瓶瓶盖51拔起（翘起）而打开；

驱动臂装置1驱动开盖机构3转移至回收槽上方，松开夹爪使瓶盖落入回收槽；

驱动臂装置1驱动机械臂本体2至放置有移液机构4的安装架上方，下移并通过磁吸自动连接上移液机构4；

连接移液机构4后，再移动至固定有多个溶剂瓶的托盘上方，驱动移液机构4抽取其中的溶剂，该溶剂可以为水；

抽液后将移液机构4转移至西林瓶5上方，针管组件42的针头刺破西林瓶5软塞，向瓶中注射溶剂并吸打混匀；

针管组件42抽取西林瓶5中已经吸打混匀后的疫苗液，驱动臂装置1驱动移液机构4上移从而带出针管组件42，并将针管组件42转移至集液瓶上方，将疫苗液注入集液瓶中；

驱动臂装置1驱动移液机构4至安装架上方，下移并通过断电解除磁吸来卸下移液机构4；

重复以上步骤，使集液瓶中收集到所需剂量的疫苗液，以用于无菌检查。

该多轴机器人，在疫苗等生物制品进行无菌检查时，可以自动进行开盖、抽取溶剂、吸打混匀、移液、富集一定体积的疫苗溶液的操作，代替了目前相应的人工操作步骤，显著节省了人力，提高了工作效率，机器自动化作业还改善了人工操作所带来的疫苗液感染病菌的风险，使得该多轴机器人具有广阔的应用前景。

以上仅是本申请的优选实施方式，本申请的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本申请思路下的技术方案均属于本申请的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (7)

1.一种机械臂，其特征在于，包括机械臂本体（2），所述机械臂本体上设有开盖机构（3）和移液机构（4），所述移液机构（4）用于样本获取和样本转移；所述开盖机构（3）包括用于与机械臂本体（2）连接的开盖连接臂（31）和设于开盖连接臂（31）上的夹爪结构（32），夹爪结构（32）配置为能相互收拢以夹取物体，或者相互散开以放开物体；所述开盖机构（3）配置为能受驱动而相对所述机械臂本体（2）旋转；所述移液机构（4）包括用于与机械臂本体（2）连接的移液连接臂（41）和设于移液连接臂（41）的针管组件（42），所述针管组件（42）能受驱动而抽取液体或者向外灌装液体。

2.根据权利要求1所述的机械臂，其特征在于，所述开盖机构（3）和移液机构（4）之间呈夹角分布设置。

3.根据权利要求2所述的机械臂，其特征在于，所述开盖机构（3）和移液机构（4）之间的夹角θ为90°。

4.根据权利要求1所述的机械臂，其特征在于，所述机械臂本体（2）为柱状，所述机械臂本体（2）的一端上设有用于与开盖机构（3）连接的第一连接部（21）和用于与移液机构（4）连接的第二连接部（22），所述第一连接部（21）和第二连接部（22）均为柱状。

5.根据权利要求1所述的机械臂，其特征在于，所述移液机构（4）可拆卸的连接于所述机械臂本体上（2）。

6.根据权利要求5所述的机械臂，其特征在于，所述移液机构（4）和所述机械臂本体（2）之间通过磁吸、负压或者夹紧的方式进行可拆卸的连接。

7.一种多轴机器人，其特征在于，包括权利要求1-6任一所述的机械臂和驱动所述机械臂旋转或移动的驱动臂装置（1）。

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