菌落自动挑选装置

本发明涉及生物医学自动化仪器技术领域，更具体地说，是涉及一种菌落自动挑选装置。

背景技术：

国内大规模基因测序、生物芯片、生物制药、免疫检测及化学合成等领域有许多工序急需用机器人代替繁琐的手工工作来确保高通量、高精度的流水线生产需要。在基因测序工作流程中克隆挑取环节的工作量很大，即将含有外源基因插入的宿主细胞挑取到液体培养基中。自动菌落挑选仪，即克隆菌落挑取机器人，其作用是将培养皿培养的目标菌落挑取出来，接种到液体培养基中。挑克隆仪一般应用在高通量筛选任务中，相比手工挑取，挑取效率、挑取精度都得到了很大提升。目前存在的缺点：(1)由于金属针头在工作过程中是重复使用的，转盘式挑取设备消毒过程为点动控制，消毒时间极短，可能存在消毒不彻底的因素，降低了实验结果的可靠性和科学性。(2)转盘式挑取设备在挑取工位无法实现挑取高度控制，只能挑取固定位置的菌落，降低了实验结果的可靠性和科学性。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种菌落自动挑选装置，旨在解决现有技术中消毒不彻底以及无法实现在高度方向实现挑取位置调节的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种菌落自动挑选装置，包括自转机构、挑取驱动工位、接种驱动工位、培养皿控制机构、培养板控制机构、清洗消毒机构、清洗消毒机构、控制系统；其中，

自转机构，沿周向设置多个用于挑取和接种菌落且可复位的挑针；

挑取驱动工位，用于驱动与挑取驱动工位对正的挑针做挑取动作；

接种驱动工位，用于驱动与接种驱动工位对正的挑针做接种动作；

培养皿控制机构，用于驱动培养皿移动，所述培养皿和挑针之间在相互垂直的三个方向上均能够调节相对位置，使所述培养皿的待挑取位置与对应挑针对正；

培养板控制机构，用于驱动培养板移动，使所述培养板的待接种位置与对应挑针对正；

清洗消毒机构，用于对挑针在预设长度的弧形移动路径上进行清洗消毒；以及

控制系统，用于控制所述自转机构、挑取驱动工位、接种驱动工位、培养皿控制机构、培养板控制机构、清洗消毒机构配合动作。

进一步地，所述培养皿控制机构包括夹爪、z向机构、x向机构、y向机构；

其中，夹爪，用于放置培养皿；

z向机构，连接夹爪，用于驱动夹爪沿z向移动；

x向机构，用于驱动z向机构沿x向移动；以及

y向机构，用于驱动x向机构沿y向移动。

进一步地，所述培养皿控制机构包括夹爪、x向机构、y向机构；

夹爪，用于放置培养皿；

x向机构，连接夹爪，用于驱动夹爪沿x向移动；以及

y向机构，用于驱动x向机构沿y向移动。

进一步地，所述z向机构、x向机构以及y向机构均为由丝杠、丝母以及电机组成的丝杠机构。

进一步地，所述x向机构、y向机构均为由丝杠、丝母以及电机组成的丝杠机构，所述挑取驱动工位能够带动挑针沿z向移动且与待挑取位置对正后驱动挑针挑取。

进一步地，所述清洗消毒机构包括沿挑针行程路径上依次设置的清洗机构、加热机构以及降温机构，所述清洗机构、加热机构以及降温机构均包括两个相对设置的弧形板体，所述弧形板体之间具有弧形空隙，所述弧形空隙与挑针的运动轨迹相适配，所述挑针穿过所述弧形空隙。

进一步地，所述清洗机构的弧形板体内壁上设有毛刷以及蒸馏水喷嘴，所述加热机构的弧形板体内壁上设有加热陶瓷片，所述冷却机构的弧形板体内壁上设有冷却器喷嘴。

进一步地，所述控制系统包括：工控机，用于控制各个机构和各个工位动作；以及相机，用于拍摄所述培养皿的影像，并将转化的坐标信息传送至工控机。

进一步地，所述挑针通过滑轨滑动连接于滑座上，所述滑座固定设置于自转机构上，所述挑取驱动工位和接种驱动工位通过推顶所述滑轨实现挑针动作，所述挑针借助于弹簧复位。

进一步地，在所述滑座上设有两个第一固定端，在所述滑轨上设有一个第二固定端，所述弹簧为两个且一端连接第二固定端，另一端分别对应连接一个第一固定端，在所述滑座上还设有限位块，所述限位块用于限位第二固定端回移距离使所述弹簧保持拉伸状态。

本发明提供的菌落自动挑选装置的有益效果在于：本装置在进行挑取操作的时候，挑针和培养皿之间能够通过三个方向进行位置的调整，通过在三个方向上的相对移动，最终能够使挑针对准培养皿上需要挑取的位置，进行挑取操作，使其更加准确，另外，对于清洗消毒过程，能够在挑针随动的过程中，在其某一段移动轨迹上进行消毒，使得点位消毒，变成了一整段的位移位置连续进行清洗和消毒，增加了消毒时间，并且不会影响效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的菌落自动挑选装置的结构示意图；

图2为本发明另一实施例提供的菌落自动挑选装置的结构示意图

图3为图2另一视角下的结构示意图；

图4为图2中挑针、滑座以及滑轨的装配结构示意图。

图中：1、自转机构；2、挑取驱动工位；3、接种驱动工位；4、培养皿控制机构；5、培养板控制机构；6、夹爪；7、清洗机构；8、加热机构；9、降温机构；10、弧形板体；11、相机；12、挑针；13、滑座；14、滑轨；15、弹簧；16、第一固定端；17、第二固定端；18、限位块。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。“若干”的含义是一个或一个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参阅图1，本发明提供了一种菌落自动挑选装置的一个具体实施例，具体地，包括自转机构1、挑取驱动工位2、接种驱动工位3、培养皿控制机构4、培养板控制机构5、清洗消毒机构、控制系统；其中自转机构1沿周向设置多个用于挑取和接种菌落且可复位的挑针12；挑取驱动工位2用于驱动与挑取驱动工位2对正的挑针12做挑取动作；接种驱动工位3用于驱动与接种驱动工位3对正的挑针12做接种动作；培养皿控制机构4用于驱动培养皿移动，所述培养皿和挑针12之间在相互垂直的三个方向上均能够调节相对位置，使所述培养皿的待挑取位置与对应挑针12对正；培养板控制机构5用于驱动培养板移动，使所述培养板的待接种位置与对应挑针12对正；清洗消毒机构用于对挑针12在预设长度的弧形移动路径上进行清洗消毒；控制系统用于控制所述自转机构1、挑取驱动工位2、接种驱动工位3、培养皿控制机构4、培养板控制机构5、清洗消毒机构配合动作。

在本实施例中，在进行挑取操作的时候，挑针12和培养皿之间能够通过三个方向进行位置的调整，通过在三个方向上的相对移动，最终能够使挑针12对准培养皿上需要挑取的位置，进行挑取操作，使其更加准确，另外，对于清洗消毒过程，能够在挑针12随动的过程中，在其某一段移动轨迹上进行消毒，使得点位消毒，变成了一整段的位移位置连续进行清洗和消毒，增加了消毒时间，并且不会影响效率。

具体地流程为，控制系统首先获取位置信号，然后控制各个机构和工位进行动作，自转机构1进行自转，带动周向的多个挑针12依次移动，同时培养皿控制机构4驱动培养皿进行移动，此移动可以为三维移动也可以为二维移动，当为三维移动的时候，此处三维移动即在水平面上相互垂直的x向、y向以及垂直于水平面的z向方向的移动，其能够将培养皿移动到待作挑取动作的挑针12处，即与该挑针12位置调整好，然后挑取驱动工位2驱动挑取做挑取动作，完成对菌落的挑取操作，当此移动为二维方向的移动时，即在水平面上相互垂直的x向、y向进行移动，此时将培养皿的待挑取位置移动到与待作挑取动作的挑针12在竖直方向也就是z向的对正处，此时挑取驱动工位2能够驱动挑针12在竖直方向移动，也就是与水平面相互垂直的z向，当移动到合适的位置时，挑取驱动工位2继续驱动挑针12下移，从而做出挑取动作，所以上述两种形式均实现了培养皿和挑针12之间在相互垂直的三个方向上能够调节相对位置，实现了三维方向的相对移动，大大提高了操作的准确性。

另外，当挑取动作完成之后，自转机构1继续转动，下一挑针12继续进行挑取动作，同时已经做完挑取动作的挑针12下面进行接种操作，在培养板控制机构5的带动下，培养板移动到待接种的挑针12位置处，然后在接种驱动工位3的驱动下挑针12进行接种动作，完成接种。

继而，当接种完成之后，挑针12则需要进行清洗和消毒工作，此时会经过清洗消毒机构进行清洗和消毒，清洗消毒的设置，并不是点位消毒，而是在挑针12移动的轨迹上的一段长度均能够进行消毒，其实现了清洗和消毒的彻底性，当挑针12经过清洗消毒机构的时候，控制系统控制清洗消毒机构启动，进行清洗消毒操作。

另外，请参阅图1，本实施例提供了培养皿控制机构4的优选实施方式，具体地，当培养皿控制机构4能够单独驱动培养皿进行三维方向移动的时候，培养皿控制机构4包括夹爪6、z向机构、x向机构、y向机构。

其中，夹爪6用于放置培养皿；

z向机构连接夹爪6，用于驱动夹爪6沿z向移动；

x向机构用于驱动z向机构沿x向移动；以及

y向机构用于驱动x向机构沿y向移动。

本实施方式提供了培养皿控制机构4的优选实施形式，其具体包括了三个方向的机构，z向机构可驱动夹爪6沿z向移动，而z向机构设置在x向机构上，x向机构能够驱动z向机构整体沿x向移动，同理x向机构设置在y向机构上，y向机构能够整体驱动x向机构整体沿y向移动，这样实现了三个方向的移动。

具体地，当所述培养皿控制机构4为用于驱动培养皿沿二维方向运动的机构时，也就是沿着水平面的x向和y向进行移动，其包括夹爪6、x向机构、y向机构；夹爪6，用于放置培养皿；x向机构，连接夹爪6，用于驱动夹爪6沿x向移动；以及y向机构，用于驱动x向机构沿y向移动。

也就是在上述实施方式中，仅仅设置了x向机构和y向机构，使其能够在水平面上移动，而无法沿着z向，也就是垂直于水平面的竖直方向移动，本实施方式同样提供了实现形式。

本实施例还进一步提供了z向机构、x向机构以及y向机构的优选实施方式，其具体为，所述z向机构、x向机构以及y向机构均为由丝杠、丝母以及电机组成的丝杠机构。

在本实施方式中，丝杠、丝母以及相适配的电机，操作和控制效果较稳定，实现了精准控制，只需控制系统传递给电机信号，电机控制各个机构即可。

在另一实施例中，请参阅图2和图3，进一步地提供了当培养皿控制机构4为二维控制的时候，x向机构、y向机构也均为由丝杠、丝母以及电机组成的丝杠机构，并且此时挑取驱动工位2能够带动挑针12沿z向移动且与待挑取位置对正后驱动挑针12挑取。

当挑取驱动工位2驱动挑针12在竖直方向移动的时候，挑取驱动工位2具体可为推顶方向为竖直方向的气缸，通过气缸的推顶端推顶挑针12，实现在竖直方向上的移动和挑取动作，气缸同样受控于控制系统。

可替代的，本实施例中的x向机构、y向机构以及z向机构还可以其它能够驱动运动的结构形式，例如还可以为由传送带所组成的装置等。

并且挑取驱动工位2以及接种驱动工位3，可以是气缸、直线电机、丝杠等形式，凡是能够实现沿直线方向运动并且对挑针12进行碰撞，进而能够对挑针12实现推顶进行挑取和接种操作的结构都在本发明的保护范围之内。

本实施例还进一步提供了清洗消毒机构的具体实施方式，请参阅图2和图3，具体地，清洗消毒机构包括沿挑针12行程路径上依次设置的清洗机构7、加热机构8以及降温机构9，清洗机构7、加热机构8以及降温机构9均包括两个相对设置的弧形板体10，所述弧形板体10之间具有弧形空隙，所述弧形空隙与挑针12的运动轨迹相适配，所述挑针12穿过所述弧形空隙。

首先，本实施例提供了清洗消毒机构沿挑针12行程路径上依次设置，则可先进行清洗工作，然后进行加热消毒工作，最后进行降温工作，符合清洗消毒步骤。

具体地，每个机构均包括两个相对设置的弧形板体10，弧形板体10之间具有空隙，空隙也为弧形，并且其延伸方向与挑针12的运行方向一致，挑针12在运行的时候能够在经过的此段空隙内实现清洗、加热和降温工作，由于具有一段弧形路径，所以实现了清洗消毒时间长的效果，能够很好的实现对挑针12的消毒。

本实施例还提供了清洗、加热以及降温机构9的优选实施方式，具体地，所述清洗机构7的弧形板体10内壁上设有毛刷以及蒸馏水喷嘴，所述加热机构8的弧形板体10内壁上设有加热陶瓷片，所述冷却机构的弧形板体10内壁上设有冷却器喷嘴。

在挑针12经过清洗机构7的时候，经过毛刷区域，在移动的过程中，被毛刷清刷，同时喷射蒸馏水，能够将存留菌落清洗干净，然后经过两个加热机构8的弧形板体10之间时，在加热陶瓷的作用下将温度升高，实现对挑针12的杀菌操作，然后经过冷却机构的时候通过冷却器的喷嘴对加热过的挑针12进行冷却。

本实施方式加长了挑针12的清洗和消毒时间，提高了挑取和接种的科学性和可靠性。

进一步地，本实施例还提供了控制系统的具体实施方式，具体地，控制系统包括：工控机，用于控制各个机构和各个工位动作；以及相机11，用于拍摄所述培养皿的影像，并将转化的坐标信息传送至工控机。

相机11是用于照射培养皿，培养板控制机构5将培养皿移动至相机11正下方，相机11对培养皿测距并拍照后将照片传至图像处理软件，带有菌落的图像经软件处理后提取出目标菌落的三维坐标信息，将菌落的三维坐标信息传入工控机内，工控机对菌落坐标进一步排序处理后，分别控制进行各个机构和工位多线程协同控制。

本实施方式能够将培养皿中的位置信息进行传递，从而自动的准确的对培养皿以及培养板进行操作和控制，实现挑取和接种的可靠性。

培养板一般采用96孔板。

本实施例进一步提供了挑针12如何设置在自转机构1上，请参阅图4，自转机构1为可自转的转盘，所述挑针12通过滑轨14滑动连接于滑座13上，所述滑座13固定设置于自转机构1上，所述挑取驱动工位2和接种驱动工位3通过推顶所述滑轨14实现挑针12动作，所述挑针12借助于弹簧15复位。

具体地，滑座13通过螺栓等形式固定设置在自转机构1也就是转盘的边缘周上，滑轨14滑动连接在滑座13上，而挑针12设置在滑轨14上，具体地其是通过连接条设置在滑轨14上的，连接条固定在滑轨14上，而挑针12则通过螺纹连接在连接条的底部，当挑取驱动工位2以及接种驱动工位3碰撞滑轨14的时候，挑针12下降，实现挑取或者接种动作，当其抬起来的时候，挑针12在弹簧15的作用下恢复到原来的位置。

本实施方式采用滑座13滑轨14相互配合的方式实现升降，结构更加稳定易操作。

为了进一步加强使用效果，本实施例还提供了，在所述滑座13上设有两个第一固定端16，在所述滑轨14上设有一个第二固定端17，所述弹簧15为两个且一端连接第二固定端17，另一端分别对应连接一个第一固定端16，在所述滑座13上还设有限位块18，所述限位块18用于限位第二固定端17回移距离使所述弹簧15保持拉伸状态。

本实施方式中通过两个弹簧15的形式，使得拉伸和复位效果更好，并且为了能够使滑轨14保持稳定的状态，需要使弹簧15保持一定的拉伸力，避免滑轨14在滑座13上发生上下晃动，所以设置了限位块18，限位块18限位第二固定端17上移，能够使弹簧15保持拉伸状态。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。