CN218947693U - 一种用于固相萃取模块全自动机器人操作平台 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种用于固相萃取模块全自动机器人操作平台，包括作业台以及设置在作业台上的主机控制器、机械臂和识别模块，所述主机控制器分别与机械臂、识别模块之间进行信号传输；还包括放置在作业台上的固相萃取模块、样品盘模块和耗材盘模块，所述固相萃取模块、样品盘模块和耗材盘模块上均设有识别信号，所述识别信号与识别模块连接并进行信号传输。该操作平台易于操作、使用灵活、通用性、适应性好，能够将固相萃取全流程集成于一个平台，控制各功能模块单独或配合完成所需的实验流程，减少机械臂的数量，提高工作效率。

Description

一种用于固相萃取模块全自动机器人操作平台

技术领域

本实用新型涉及机器人技术领域，特别涉及一种用于固相萃取模块全自动机器人操作平台。

背景技术

目前，多关节机械臂或多自由度的工业机器人已经被广泛应用于电子、物流、化工、检测分析等各个工业领域之中。

大多数机器人是基于一个固定场景或一个固定功能而设计的，换句话说，每个机器人上单独固定有一个机械臂，其采用自身的动力和控制能力实现如加工制造、搬运、流转等固定功能，但是这样会面临着如若要实现一个流程需要配置多个固定功能的机器人的情况，实现起来的限制条件过多、设备的可复制性差、标准性差、实用性差、技术实现难度高、技术维护成本高等问题，而且每个机器人上的非标定制部分较多，也就不能很好地导入到其他的场景上，造成每个机器人的通用性和适用性较差。

在检测分析领域的固相萃取是近年发展起来的一种样品预处理技术，现有的固相萃取装置包括上样装置和收集装置，其中，固相萃取的上样设备上设有样品瓶和进样针，样品瓶内储存有样液，进样针用于获取样品瓶内的样液并转移至收集设备。进样针水平移动至样品瓶上方，然后竖直向下运动进入样品瓶内获取样液。固相萃取的收集设备上通常设置有萃取柱、样液加注装置、样品管，萃取柱顶端设置有加液口，底端设置有排液口，萃取柱内设置有填料，通过样液加注装置从加液口向萃取柱内注入样液，样液经过填料进行固相萃取，而后形成萃取液，萃取液通过排液口排出，在排液口下方设置样品管承接萃取液。

上述每个装置单独匹配有一个机器人(或机械臂)，在进行固相萃取过程至少需要2个机械臂进行配合，运行轨迹复杂，容易发生相互碰撞等，这样就导致实验流程繁杂、实验成本较高，自动化程度差。不能将固相萃取的各个步骤有效的集成于一个平台，不能实现整个固相萃取过程(活化、上样、洗脱)的全自动操作，大大降低了样品前处理的效率，因此，本发明人提出一种用于固相萃取模块全自动操作平台。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种用于固相萃取模块全自动机器人操作平台，通用性、适应性好，能够将固相萃取全流程集成于一个平台，实现固相萃取流程的全自动化。

为达成上述目的，本实用新型的解决方案为：一种用于固相萃取模块全自动机器人操作平台，包括作业台以及设置在作业台上的主机控制器、机械臂和识别模块，所述主机控制器分别与机械臂、识别模块之间进行信号传输；

还包括放置在作业台上的固相萃取模块、样品盘模块和耗材盘模块，所述固相萃取模块、样品盘模块和耗材盘模块上均设有识别信号，所述识别信号与识别模块连接并进行信号传输。

进一步，所述机械臂位于所述作业台的中部，固相萃取模块、样品盘模块和耗材盘模块环绕放置在所述机械臂的周围。

进一步，所述机械臂通过RS485接口实现与主机控制器之间的数据及控制信号之间的传输。

进一步，所述固相萃取模块包括固相萃取进样模块和固相萃取收集模块。

进一步，所述固相萃取进样模块包括底板、进样样品架、进样驱动组件、进样针、进样针驱动组件，所述进样针连通有切换阀组件，所述切换阀组件连通有注射泵组件，所述进样驱动组件驱动所述进样针；所述进样驱动组件连接并驱动所述进样样品架沿所述底板前后移动；所述进样针驱动组件连接并驱动所述进样针在所述进样样品架上方沿底板的X轴、Z轴移动，以插入或退出所述进样样品架的样品管。

进一步，所述固相萃取收集模块包括底座、收集样品架、收集驱动组件、萃取架、萃取驱动组件，所述萃取架上放置有萃取柱，所述萃取柱上方设有与所述进样针连通的样液加注装置，所述收集驱动组件连接并驱动收集样品架沿所述底座的Y轴、Z轴移动；

所述萃取架位于所述收集样品架的上方，所述萃取驱动组件连接并驱动所述萃取架沿所述底座的Z轴移动。

进一步，还包括夹具和备用夹具，所述夹具安装在所述机械臂的端部，所述备用夹具放置在所述作业台上，所述夹具和备用夹具的类型包括开盖器、吸盘、激光和气动手指。

进一步，还包括PAD控制端和无线通讯模块，所述PAD控制端通过所述无线通讯模块与主机控制器进行通讯连接。

进一步，还包括视觉模块，所述视觉模块通过USB接头与主机控制器连接。

进一步，还包括电源模块，所述电源模块向所述作业台提供电源输出，通过数字/模拟接口与主机控制器进行通信。

采用上述方案后，本实用新型的有益效果在于：

该操作平台包括固相萃取模块、作业台以及设置在作业台上的主机控制器、机械臂和识别模块，主机控制器分别与机械臂、识别模块之间进行信号传输，固相萃取模块放置在作业台上后，其上的识别信号与识别模块连接并进行信号传输，该主机控制器通过识别模块来识别固相萃取模块，通过调用机械臂，以配合固相萃取模块单独或协同完成所需的工作流程，将固相萃取实验的各个步骤有效的集成于一个平台，能够减少机械臂的数量，简化工作流程，实现固相萃取流程的全自动化，从而提高工作效率，且该操作平台易于操作、使用灵活、通用性、适应性好。

附图说明

图1是本实用新型一实施例操作平台结构示意图；

图2是本实用新型一实施例作业台结构示意图；

图3是本实用新型一实施例操作平台连接关系框图；

图4是本实用新型一实施例固相萃取进样模块结构示意图(正面)；

图5是本实用新型一实施例固相萃取进样模块结构示意图(背面)；

图6是本实用新型一实施例固相萃取萃取模块结构示意图；

图7是本实用新型一实施例样品盘模块结构示意图；

图8是本实用新型一实施例工作流程图。

标号说明：

1、作业台；2、机械臂；3、功能模块；4、功能模块容置区；5、识别模块；6、夹具；7、固定盘；8、固相萃取进样模块；81、底板；82、进样样品架；83、进样针；84、注射泵组件；85、切换阀组件；9、固相萃取收集模块；91、底座；92、收集样品架；93、收集管；94、萃取架；95、萃取柱；10、样品盘模块；101、样品瓶。

具体实施方式

以下结合附图及具体实施例对本实用新型做详细的说明。

本实用新型提供一种用于固相萃取模块全自动机器人操作平台，如图1至3所示，包括作业台1、主机控制器、机械臂2、识别模块5、视觉模块、电源模块、PAD控制端和无线通讯模块。主机控制器分别与机械臂2、识别模块5、视觉模块、PAD控制端进行信号传输，该操作平台还包括固相萃取模块、样品盘模块10和耗材盘模块，本案将这几具有不同功能的模块称为功能模块3，这些功能模块通过可更换结构安装在作业台1上。

整个平台内部以主机控制器为核心，使各种不同的功能模块3和机械臂2组合，以完成全自动化的操作平台。可更换的模块和机器人平台搭配起来，能够实现各种精度高、重复性高、过程可控的实验检测平台。该平台不仅适用于实验检测分析领域，还能够应用于电子、物流、化工等多个技术领域，适用于多种场景的应用。

作业台1：该平台用于搭载并连接各个结构，主机控制器、机械臂2、识别模块5均设置在该作业台1上。主机控制器分别与机械臂2和功能模块3信号连接，连接方式为：功能模块3通过可更换结构安装在该作业台1上，功能模块3上设有识别信号，识别模块5用于接入每个功能模块3上的识别信号。

可更换结构为功能模块容置区4和固定盘7，功能模块容置区4设置在作业台1上，固定盘7设置在各功能模块3上，具体为功能模块3的底部，用于承接功能模块3的各部件。功能模块容置区4内设有上述的识别模块5，固定盘7放置在功能模块容置区4上，以将功能模块3安装在作业台1上，同时识别信号与识别模块5连接，识别模块5又与主机控制器连接，所以，使得功能模块3与主机控制器之间能够进行信号传输。

识别信号可以为识别码或识别芯片等，对应的识别模块5可以为扫码器或通讯接头，本实施例中，识别信号采用识别芯片，识别模块5采用通讯接头，当功能模块3放置在作业台1的功能模块容置区4上时，通讯接头与识别芯片连接，使得主机控制器得以识别功能模块3并进行信号传输。

以下具体介绍操作平台各结构的功能及应用：

主机控制器：位于作业台1上，是控制此多功能可更换模块的机械平台，协同各个功能模块3的功能、AI智能分析、机械臂2运动轨迹计算、避障等功能。主机控制器分别连接机械臂2、识别模块5、电源模块和PAD控制端。主控制器在接收到PAD控制端的实验参数后，分解到每个功能模块3和机械臂2的动作配合，并实时将结果反馈到APP上显示给用户。

功能模块3：本案中功能模块3的数量至少为一个，功能模块3通过可更换结构可更换的放置在作业台1上，且各功能模块3可重复利用。该功能模块3是用于固相萃取技术领域的多功能全自动机器人操作平台上的功能体现，结合不同的实验检测应用，可以更换功能模块3来实现。通过功能模块3不同的功能特性，匹配出符合用户使用目的的作用功能，然后由主机控制器控制各功能模块3进行机械运动，完成实验步骤。功能模块3的类型多样，可根据不通的实验需求来进行设置，功能模块3的类型包括固相萃取模块、样品盘模块10、耗材盘模块。

固相萃取模块：是功能模块3中的一种，其又包括固相萃取进样模块8、固相萃取收集模块9。如图4和5所示，固相萃取进样模块8包括底板81、进样样品架82、进样驱动组件、进样针83、进样针驱动组件，进样针83连通有切换阀组件85，切换阀组件85连通有注射泵组件84，进样针驱动组件驱动进样针83；进样驱动组件连接并驱动进样样品架82沿底板81前后移动；进样针驱动组件连接并驱动进样针83在进样样品架82上方沿底板的X轴、Z轴移动，以插入或退出进样样品架82的样品管。

如图6所示，固相萃取收集模块9包括底座91、收集样品架92、收集驱动组件、萃取架94、萃取驱动组件，萃取架94上放置有萃取柱95，萃取柱95上方设有与进样针83连通的样液加注装置，收集驱动组件连接并驱动收集样品架92沿底座91的Y轴、Z轴移动；萃取架94位于收集样品架92的上方，萃取驱动组件连接并驱动萃取架94沿底座91的Z轴移动。

如图7所示，样品盘模块10上放置多个容纳样液的样品瓶。

耗材盘模块(图中未示出)：用于放置实验所需的耗材，例如试管。

更为重要的是，主机控制器可控制单个功能模块3完成实验步骤，部分实验流程需要多个功能模块3结合来实现，因此，主机控制器也可同时集中控制多个功能模块3，配合机械臂2等完成多流程的实验工作，实现多种场景的应用。

采用可更换的模块式设计，还能够实现6轴机械臂2做不了动作或者耗时长的工作，增加了应用的实用范围、提高整体平台的运行效率。

识别模块5：位于作业台1上的功能模块容置区4内，用于接入每个功能模块3上的识别芯片。识别模块5上设有通讯接头，通讯接头与识别芯片连接以连通主机控制器和功能模块3。在一实施例中，采用485通信接头来实现主机控制器与功能模块3的连接。

机械臂2：本案中的机械臂2为6轴机械臂2，且位于作业台1中部，机械臂2通过RS485接口实现与主机控制器之间的数据及控制信号之间的传输。机械臂2受主机控制器调用，实现多维方向上运动,可以提供平台的移动、定位，配合实验流程完成实验步骤。为了节省机械臂2的工作路径，最大限度发挥机械臂2的功能，本案将机械臂2设置在作业台1的中部，各功能模块容置区4环绕设置在机械臂2的周围，这样在机械臂2进行工作时就能最大限度的简化运动轨迹、缩短工作路径，从而提高机械臂2的工作效率。

夹具6和备用夹具6：在本实施例中，夹具6安装在机械臂2的端部，备用夹具6放置在作业台1上，其中，夹具6和备用夹具6的类型均包括开盖器、夹爪、吸盘、激光和气动手指等。夹具6与备用夹具6具备互换性，根据实验的需要，机械臂2可自动将其末端的夹具6与作业台1上的夹具6进行更换，实现搬运、抓取不同的部件的目的，配合不同的功能模块3完成实验流程。本实施例采用电动的动力方式驱动夹具6的运行，减少轨迹干涉、提高整个平台的可靠性。

除了上述的模块之外，该多功能操作平台还包括PAD控制端、无线通讯模块、视觉模块、电源模块。

PAD控制端：该控制端通过无线通讯模块与主机控制器进行通讯连接，无线通讯模块可以为WIFI模块、蓝牙模块等。在PAD控制端选择实验，然后PAD控制端发送参数至主机控制器，主机控制器接收实验内容后进行个功能模块3的调用。

电源模块：该电源模块向作业台1提供电源输出，通过数字/模拟接口与主机控制器进行通信。

视觉模块：该视觉模块通过USB接头与主机控制器连接，在本实施例中，视觉模块可以是工业摄像头，工业摄像头获取作业台1内的图像和视频，并将获取的图像和视频传输至主机控制器，根据图像和视频可以实时监控机械臂2、各功能模块3的工作情况，如是否异常、是否发生干涉等，便于操作人员及时更正。

下面以样品预处理的固相萃取过程为例介绍整个平台的工作过程：

如图4所示，操作人员在PAD控制端的实验库中选择固相萃取实验，设置相应的实验参数，随后在作业台1上的功能模块容置区4放入固相萃取实验所需的功能模块3(固相萃取实验需要用到固相萃取进样模块8、固相萃取收集模块9、样品盘模块10和耗材盘模块)。

PAD控制端通过无线信号连接主机控制器，并向主机控制器进行信号传输，发送固相萃取实验参数，主机控制器开机，接收来自PAD控制端的实验内容，同时控制开启各功能模块3的电源，读取识别各功能模块3放置的位置、型号、限高等，各功能模块3等待初始化指令，检查各功能设置是否满足实验需要。若不满足，则在与PAD控制端选择的实验进行比对，更正设置；若满足，则开始实验，主机控制器将接收到的实验参数分解到每个功能模块3和机械臂2的动作配合，进行实验流程，并实时将结果反馈到PAD控制端上显示给客户。

如图6和7所示，为固相萃取进样模块8和固相萃取收集模块9的结构。

功能模块3在接收到来自主机控制器的指令后，进行实验前的准备工作，即主机控制器控制机械臂2抓取各耗材并放置到适当的位置：首先，机械臂2从耗材盘模块抓取萃取柱95，开盖后放到收集模块的萃取架94上，机械臂2从耗材盘模块抓取收集管93，开盖后放到收集模块的收集样品架92上，机械臂2从样品盘模块10抓取样品，开盖后放到上进样模块的进样样品架82上，即进样针83下方。

完成准备工作后，进行萃取实验，按照设定参数进行活化，进样，洗脱。

主机控制器控制进样模块的X轴移动到样品的位置，进样模块的Z轴向下移动到取样的位置，使进样针83能够接触到下方的样品内的样液，收集模块的X轴移动到“收集”指定位置，使收集管93置于萃取柱95排液口的下方，随后，进样模块的注射泵组件84从样品瓶101吸取样液，再通过样液加注装置将样液排出到收集模块的萃取柱95内；然后进行洗脱程序，注射泵组件84吸取“洗脱溶剂”(吸排按注射泵子程序)，收集模块X轴移动到“收集”指定位置承接萃取液。

收集完成，机械臂2抓取选取收集完成的收集管93，关盖后放置到指定的样品盘位置；机械臂2抓取选取收集完成的萃取柱95，关盖后放置到指定位置，实验结束。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并非对本案设计的限制，凡依本案的设计关键所做的等同变化，均落入本案的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于固相萃取模块全自动机器人操作平台，其特征在于：包括作业台以及设置在作业台上的主机控制器、机械臂和识别模块，所述主机控制器分别与机械臂、识别模块之间进行信号传输；

还包括放置在作业台上的固相萃取模块、样品盘模块和耗材盘模块，所述固相萃取模块、样品盘模块和耗材盘模块上均设有识别信号，所述识别信号与识别模块连接并进行信号传输。

2.如权利要求1所述的一种用于固相萃取模块全自动机器人操作平台，其特征在于：所述机械臂位于所述作业台的中部，固相萃取模块、样品盘模块和耗材盘模块环绕放置在所述机械臂的周围。

3.如权利要求1所述的一种用于固相萃取模块全自动机器人操作平台，其特征在于：所述机械臂通过RS485接口实现与主机控制器之间的数据及控制信号之间的传输。

4.如权利要求1所述的一种用于固相萃取模块全自动机器人操作平台，其特征在于：所述固相萃取模块包括固相萃取进样模块和固相萃取收集模块。

5.如权利要求4所述的一种用于固相萃取模块全自动机器人操作平台，其特征在于：所述固相萃取进样模块包括底板、进样样品架、进样驱动组件、进样针、进样针驱动组件，所述进样针连通有切换阀组件，所述切换阀组件连通有注射泵组件，所述进样驱动组件驱动所述进样针；所述进样驱动组件连接并驱动所述进样样品架沿所述底板前后移动；所述进样针驱动组件连接并驱动所述进样针在所述进样样品架上方沿底板的X轴、Z轴移动，以插入或退出所述进样样品架的样品管。

6.如权利要求5所述的一种用于固相萃取模块全自动机器人操作平台，其特征在于：所述固相萃取收集模块包括底座、收集样品架、收集驱动组件、萃取架、萃取驱动组件，所述萃取架上放置有萃取柱，所述萃取柱上方设有与所述进样针连通的样液加注装置，所述收集驱动组件连接并驱动收集样品架沿所述底座的Y轴、Z轴移动；

所述萃取架位于所述收集样品架的上方，所述萃取驱动组件连接并驱动所述萃取架沿所述底座的Z轴移动。

7.如权利要求1所述的一种用于固相萃取模块全自动机器人操作平台，其特征在于：还包括夹具和备用夹具，所述夹具安装在所述机械臂的端部，所述备用夹具放置在所述作业台上，所述夹具和备用夹具的类型包括开盖器、吸盘、激光和气动手指。

8.如权利要求1所述的一种用于固相萃取模块全自动机器人操作平台，其特征在于：还包括PAD控制端和无线通讯模块，所述PAD控制端通过所述无线通讯模块与主机控制器进行通讯连接。

9.如权利要求1所述的一种用于固相萃取模块全自动机器人操作平台，其特征在于：还包括视觉模块，所述视觉模块通过USB接头与主机控制器连接。

10.如权利要求1所述的一种用于固相萃取模块全自动机器人操作平台，其特征在于：还包括电源模块，所述电源模块向所述作业台提供电源输出，通过数字/模拟接口与主机控制器进行通信。

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