CN219308759U - 一种固态化液体操作单元 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及医疗加工设备技术领域，具体为一种固态化液体操作单元，包括固态化压电泵模组、液面探测压力传感器组件、Z轴驱动组件、可以实现在任意高度快速脱枪操作的脱枪机构、Tip头安装组件、机架及外观组件以及电子组件，所述Z轴驱动组件安装在机架及外观组件的内部，从而满足各方面更高需求，即移液操作单元的固态化消除运动部件，实现更长的使用寿命、更高的操作精度、更优的密封结构特性；直驱式运动结构，实现运动结构的小型化与高精度，同时实现更佳的装脱枪载荷承载、更长的使用寿命(免除日常维护)、更佳的洁净维护性。

Description

一种固态化液体操作单元

技术领域

本实用新型涉及医疗加工设备技术领域，具体为一种固态化液体操作单元。

背景技术

高端药品行业处在快速发展期，手工研发与生产方式难以满足工业化大规模研发与生产需求，高精度移液是工业化大规模操作的关键环节，每天需要处理至万级样本。

传统的半自动移液单元，存在若干缺陷：1.上下Z轴结构，多采用皮带(同步带)传送，结构较为庞大影响操作单元的进一步小型化，带式结构易在使用过程中(特别是高载荷工况下)，产生丢步与位置偏差故障，带式传动结构需要定期张紧与润滑维护，增加使用维护成本，带式传动结构产生粉尘，产生操作单元内的环境污染；2.传统设备中的移液功能，通过电机丝杆等运动结构推动玻璃注射器、气体泵实现吸液与吐液功能，过程中使用密封圈或注射器活塞实现结构的密封，长期工作后，易产生运动结构的位置偏移导致液体操作的误差，需要定期的维护保养增加用户使用成本，采用密封圈或，长期往复运动后，会产生疲劳裂纹，严重影响吸液与吐液精度，定期的维护进一步增加用户的使用成本，特别是注射器移液方式，活塞与外界直接接触，易产生移液单元内部的微生物污染；3.传统设备中，操作单元多采用开放式结构，大量机械零部件外露，不便于用日常清洁保养，易在使用过程中产生环境(特别是微生物)污染。

因此，需要设计一种固态化液体操作单元来解决上述背景技术中的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种固态化液体操作单元，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种固态化液体操作单元，包括固态化压电泵模组、液面探测压力传感器组件、Z轴驱动组件、可以实现在任意高度快速脱枪操作的脱枪机构、Tip头安装组件、机架及外观组件以及电子组件，所述Z轴驱动组件安装在机架及外观组件的内部；

所述固态化压电泵模组包括压电泵模组，其中压电泵模组的上方设置有压电泵固定板，所述压电泵固定板的内部前后两侧分别安装有吸液压电泵和吐液压电泵，所述吸液压电泵上安装有位于液面探测压力传感器组件上的探液芯片，所述吸液压电泵的下方位于压电泵固定板上还开设有气路过孔；

所述Z轴驱动组件包括驱动电机，所述驱动电机的输出轴端连接有蜗轮蜗杆机构，所述蜗轮蜗杆机构的一侧连接有齿轮齿条机构，所述齿轮齿条机构远离驱动电机的一侧设置有齿条支架；

所述Tip头安装组件包括位于下方的Tip头，所述Tip头的内部上方设置有装枪金属头，所述装枪金属头的上方底部设置有止挡面；

所述电子组件包括给前端吸液压电泵和吐液压电泵供电以及通讯的紧凑型接插件以及高柔性扁平电缆。

作为本实用新型优选的方案，所述吸液压电泵和吐液压电泵均内置单向控制阀门，所述吸液压电泵和吐液压电泵在压电泵固定板上嵌入式安装，其中压电泵固定板内部微加工吸液管路、吐液管路，探液压力管路。

作为本实用新型优选的方案，所述液面探测压力传感器组件和固态化压电泵模块集成，且固态安装至压电泵固定板。

作为本实用新型优选的方案，所述Z轴驱动组件使用紧凑型的齿轮齿条驱动机构，其中蜗杆与驱动电机输出轴相连，驱动蜗轮转动，所述齿轮齿条机构包括在两侧布置有与蜗轮蜗杆机构中蜗轮同轴的齿轮，齿条采用特殊的圆柱齿条，同时采用导向一体设计，齿条和齿轮啮合连接，其中驱动电机集成编码器与刹车单元。

作为本实用新型优选的方案，所述Tip头安装组件采用双密封面结构，同时采用圆锥导向面及台阶截止面设计。

作为本实用新型优选的方案，所述机架及外观组件为外观与安装支架一体式设计。

作为本实用新型优选的方案，所述电子组件使用紧凑型PCB板接插设计，同时使用扁平柔性电路板与上位控制单元连接。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

本实用新型中，通过设置的一种固态化液体操作单元，从而可以实现以下效果：1.采用压电泵固态元器件，相较传统的丝杆与注射器结构，数量级提升移液精度与寿命；2.采用压电泵与液面探测一体式集成结构，大幅度提高液面探测过程中压力灵敏度与一致性；3.集成式Z轴单元结构，大幅度提高集成设备内部的安装密度，Z轴单元小型化后，缩小移液龙门对应结构，可有效提高操作台面上操作工位的数量；4.移液金属头双密封面结构，进一步提升自动化操作过程中的密封性能与一致性。

附图说明

图1为本实用新型操作单元基本结构示意图；

图2为本实用新型固态压电泵与液面探测压力传感器集成模块结构示意图；

图3为本实用新型吸液模式下的示意图；

图4为本实用新型吐液模式下的示意图；

图5为本实用新型悬停模式下的示意图；

图6为本实用新型移液操作循环示意图；

图7为本实用新型Z轴运动结构示意图；

图8为本实用新型Z轴单元齿轮齿条结构示意图；

图9为本实用新型装枪金属头结构示意图；

图10为本实用新型装枪金属头局部放大结构示意图；

图11为本实用新型电气组件的结构示意图。

图中：1、固态化压电泵模组；11、压电泵模块；111、吸液压电泵；112、吐液压电泵；12、压电泵固定板；13、气路过孔；2、液面探测压力传感器组件；21、探液芯片；3、Z轴驱动组件；31、驱动电机；32、蜗轮蜗杆机构；33、齿轮齿条机构；34、齿条支架；4、脱枪机构；5、Tip头安装组件；51、装枪金属头；52、止挡面；53、Tip头；6、机架及外观组件；7、电子组件；71、紧凑型接插件；72、高柔性扁平电缆。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例,基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。给出了本实用新型的若干实施例。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

实施例，请参阅图1-11，本实用新型提供一种技术方案：

一种固态化液体操作单元，包括固态化压电泵模组1、液面探测压力传感器组件2、Z轴驱动组件3、可以实现在任意高度快速脱枪操作的脱枪机构4、Tip头安装组件5、机架及外观组件6以及电子组件7，其特征在于：Z轴驱动组件3安装在机架及外观组件6的内部；

固态化压电泵模组1包括压电泵模组11，其中压电泵模组11的上方设置有压电泵固定板12，压电泵固定板12的内部前后两侧分别安装有吸液压电泵111和吐液压电泵112，吸液压电泵111上安装有位于液面探测压力传感器组件2上的探液芯片21，吸液压电泵111的下方位于压电泵固定板12上还开设有气路过孔13；

Z轴驱动组件3包括驱动电机31，驱动电机31的输出轴端连接有蜗轮蜗杆机构32，蜗轮蜗杆机构32的一侧连接有齿轮齿条机构33，齿轮齿条机构33远离驱动电机31的一侧设置有齿条支架34；

Tip头安装组件5包括位于下方的Tip头53，Tip头53的内部上方设置有装枪金属头51，装枪金属头51的上方底部设置有止挡面52；

电子组件7包括给前端吸液压电泵111和吐液压电泵112供电以及通讯的紧凑型接插件71以及高柔性扁平电缆72。

具体的，吸液压电泵111和吐液压电泵112均内置单向控制阀门，保障操作的单向性，高频压电操作，单次操作微小体积可至纳升级别，相较传统丝杆驱动注射器方式，数量级提高操作分辨率与操作精度，同时高频操作，提高单位时间内的液体通量，吸液压电泵111和吐液压电泵112在压电泵固定板12上嵌入式安装，消除传统设备中的连接软管连接，大幅度优化管路抖动带来的误差，大大延长部件使用寿命，消除日常维护需求，其中压电泵固定板12内部微加工吸液管路、吐液管路，探液压力管路，消除传统软管密封端口需求。

具体的，液面探测压力传感器组件2和固态化压电泵模块集成，最短的连接通道，相较传统的注射器结构，有更高的压力探测灵敏度与测量精度，且固态安装至压电泵固定板12，消除传统设备中的连接软管，有效提高使用过程中的灵敏度，消除连接软管带来的压力波动，消除软管密封接头。

具体的，Z轴驱动组件3使用紧凑型的齿轮齿条驱动机构，其中蜗杆与驱动电机31输出轴相连，驱动蜗轮转动，把驱动电机31的转动方向偏转90°，同时可通过蜗轮蜗杆实现减速增扭的功能，齿轮齿条机构33包括在两侧布置有与蜗轮蜗杆机构32中蜗轮同轴的齿轮，驱动电机31转动时同步带动齿轮转动，齿轮带动齿条实现直线运动，其中齿条采用特殊的圆柱齿条，该圆柱齿条和常规的齿条相比，为圆柱形的特殊结构，而非常规的直条结构，齿槽开设在圆柱形的外表面上，该圆柱齿条适配性的安装在齿条支架34的内部前侧，同时采用导向一体设计，齿条和齿轮啮合连接，保证Z轴机构在全行程运动中不会发生偏转，其中驱动电机31集成编码器与刹车单元，相较于传统皮带同步带驱动方式，消除丢步与位置不准确风险。相较于传统带式传动结构，大幅度降低Z轴运动结构体积，在满足8通道至16通道单元并列单元操作的同时，在相同操作范围内可增加在台面上操作位数量，提高系统并行操作通量，同时精准控制电机位置控制Z轴移动距离和精度。

具体的，Tip头安装组件5采用双密封面结构，可大幅度改善装枪过程中位置变化匹配的密封相容性，提高高粘度液体操作过程中较高压力变化过程中的密封性，同时采用圆锥导向面及台阶截止面设计，保证Tip安装垂直度及高度一致，截至面保障装枪过程中有效的装枪力检测与性能保障，同时装枪金属头51表面使用特殊处理，增加耐磨性，降低装枪时的摩擦力。

具体的，机架及外观组件6为外观与安装支架一体式设计，满足在极端紧凑的空间应用。

具体的，电子组件7使用紧凑型PCB板接插设计，给前端的压电泵及传感器提供供电及通讯，并与Z轴同步上下运动，同时使用扁平柔性电路板与上位控制单元连接，可实现全行程范围内Z轴电缆的跟随运动。

本实用新型工作流程：在使用该固态化液体操作单元时，首先如图3所示，在吸液模式下，通过内部的单向阀门来关闭吐液压电泵112，并开启吸液压电泵111，进行设定量的吸液操作，随后关闭吸液压电泵111；随后如图5所示，在悬停模式下，保持吸液压电泵111与吐液压电泵112关闭即可；最后如图4所示，在吐液模式下，保持吸液压电泵111关闭，并开启吐液压电泵112，进行设定量的吸液操作，随后关闭吐液压电泵112，以完成整个的移液操作。因此，本方案的设计主要突出在：1.使用压电式固态泵体，替换传统设备中的丝杆与注射器等结构，数量级提高操作精度与操作寿命，采用压电式固态泵体，消除传统丝杆与注射器结构的复位与定位操作；2.压电式固态泵体与压力传感模组集成，有效缩短液面探测管路长度，提高液面探测敏感度与检测精度，提高液面跟随与气泡消除效能；3.压电式固态泵体与压力传感模组集成，大大减小移液工作单元总体尺寸；4.压电式固态泵体与压力传感模组集成，数量级提高模块寿命；5.采用紧凑型Z轴驱动机构，有效优化运动结构总体空间，增大单元运动空间；6.压电泵移液单元的轻量化，同时采用紧凑型Z轴驱动机构刚性驱动，消除传统结构的丢步与位置不准故障；7.压电泵移液单元的轻量化，同时采用紧凑型Z轴驱动结构，大幅度提高装脱枪速度，垂直方向运动速度；8.采用紧凑型Z轴驱动结构，大大提高单元的可清洁性。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种固态化液体操作单元，包括固态化压电泵模组(1)、液面探测压力传感器组件(2)、Z轴驱动组件(3)、可以实现在任意高度快速脱枪操作的脱枪机构(4)、Tip头安装组件(5)、机架及外观组件(6)以及电子组件(7)，其特征在于：所述Z轴驱动组件(3)安装在机架及外观组件(6)的内部；

所述固态化压电泵模组(1)包括压电泵模组(11)，其中压电泵模组(11)的上方设置有压电泵固定板(12)，所述压电泵固定板(12)的内部前后两侧分别安装有吸液压电泵(111)和吐液压电泵(112)，所述吸液压电泵(111)上安装有位于液面探测压力传感器组件(2)上的探液芯片(21)，所述吸液压电泵(111)的下方位于压电泵固定板(12)上还开设有气路过孔(13)；

所述Z轴驱动组件(3)包括驱动电机(31)，所述驱动电机(31)的输出轴端连接有蜗轮蜗杆机构(32)，所述蜗轮蜗杆机构(32)的一侧连接有齿轮齿条机构(33)，所述齿轮齿条机构(33)远离驱动电机(31)的一侧设置有齿条支架(34)；

所述Tip头安装组件(5)包括位于下方的Tip头(53)，所述Tip头(53)的内部上方设置有装枪金属头(51)，所述装枪金属头(51)的上方底部设置有止挡面(52)；

所述电子组件(7)包括给前端吸液压电泵(111)和吐液压电泵(112)供电以及通讯的紧凑型接插件(71)以及高柔性扁平电缆(72)。

2.根据权利要求1所述的一种固态化液体操作单元，其特征在于：所述吸液压电泵(111)和吐液压电泵(112)均内置单向控制阀门，所述吸液压电泵(111)和吐液压电泵(112)在压电泵固定板(12)上嵌入式安装，其中压电泵固定板(12)内部微加工吸液管路、吐液管路，探液压力管路。

3.根据权利要求1所述的一种固态化液体操作单元，其特征在于：所述液面探测压力传感器组件(2)和固态化压电泵模块集成，且固态安装至压电泵固定板(12)。

4.根据权利要求1所述的一种固态化液体操作单元，其特征在于：所述Z轴驱动组件(3)使用紧凑型的齿轮齿条驱动机构，其中蜗杆与驱动电机(31)输出轴相连，驱动蜗轮转动，所述齿轮齿条机构(33)包括在两侧布置有与蜗轮蜗杆机构(32)中蜗轮同轴的齿轮，齿条采用圆柱齿条，同时采用导向一体设计，齿条和齿轮啮合连接，其中驱动电机(31)集成编码器与刹车单元。

5.根据权利要求1所述的一种固态化液体操作单元，其特征在于：所述Tip头安装组件(5)采用双密封面结构，同时采用圆锥导向面及台阶截止面设计。

6.根据权利要求1所述的一种固态化液体操作单元，其特征在于：所述机架及外观组件(6)为外观与安装支架一体式设计。

7.根据权利要求1所述的一种固态化液体操作单元，其特征在于：所述电子组件(7)使用紧凑型PCB板接插设计，同时使用扁平柔性电路板与上位控制单元连接。

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