微生物样本前处理智能机器人的制作方法

本发明涉及一种智能机器人，特别是涉及一种微生物样本前处理智能机器人。

背景技术：

申请号为201410734526.2的中国专利公开了一种微生物样本处理智能机器人，其解决了现有人工划线方式进行微生物接种时效率低、成本高、操作人员易感染病菌、人为因素和环境因素会造成不良影响的技术问题，其包括机台，机台上连接有样本试管自动去盖上盖以及搬运装置、样本试管自动震荡装置、培养皿开盖装置、培养皿推出装置、培养皿夹持装置、划线装置、试管托盘、培养皿盛放容器、培养皿回收容器、条码扫描仪和红外灭菌仪。

但是，其仍存在以下问题：

1、体积大，占用空间大；

2、动力源为电动，输出不稳定，采用直角、圆柱形坐标系，动作大且不流畅，精度差，控制上易失误，容易造成医疗事故；

3、抓取试管、贴标动作繁琐，效率低；

4、试管从试管盘抓取出来之后，还要放回试管盘，易触发报警；

4、抓取、开盖均采用两个夹爪，受力不均匀，易损坏试管、培养皿；

5、培养皿拿取时，从最下面培养皿推动拿取，上层培养皿自由落体；培养皿回收时，从上向下叠放，培养皿易碎；

6、培养皿拿取采用水平推动的方式，只能适用于平盖的专用培养皿，适用性差；

7、标签贴在培养皿盖子上，费时费力；如果盖错，则样本信息弄错，如果盖子丢失，则样本作废，易出事故。

技术实现要素：

本发明针对现有微生物样本前处理智能机器人体积大、效率低、适用性差和易出事故的技术问题，提供一种体积小、效率高、适用性差和不易出事故的微生物样本前处理智能机器人。

为此，本发明的技术方案是，设有试管开盖回收部分、培养皿接种部分和培养皿贴标回收部分；试管开盖回收部分设有试管开盖搬运装置、试管夹紧回收装置和试管管体夹持装置；试管夹紧回收装置上方设有样本开盖视觉装置，试管管体夹持装置一侧设有第一传感器、扫描仪；

培养皿接种部分设有划线接种环装置、未处理培养皿放置顶出装置、培养皿开盖搬运装置和培养皿底盘夹持装置，划线接种环装置邻近试管管体夹持装置、培养皿底盘夹持装置，培养皿开盖搬运装置邻近培养皿底盘夹持装置、未处理培养皿放置顶出装置；划线接种环装置一侧设有接种环红外灭菌仪；

培养皿贴标回收部分设有已处理培养皿样本回收装置、条码打印贴标装置，已处理培养皿样本回收装置设在培养皿开盖搬运装置、条码打印贴标装置之间；条码打印贴标装置设有条码打印机、标签翻转装置。

优选地，试管夹紧回收装置设有待测样本试管盘、用于夹持待测样本试管盘的夹紧装置，待测样本试管盘下方设有回收装置；夹紧装置设有挡件、推件；挡件、推件分别设在待测样本试管盘两侧，且与待测样本试管盘接触的面为楔形面；推件设有推块，推块连接有快速压钳；待测样本试管盘的另两侧设有定位销。

优选地，未处理培养皿放置顶出装置设有顶出传动装置，顶出传动装置上方通过旋转支撑组件连接有定位笼；顶出传动装置设有与直线导轨连接的顶出组件；定位笼设有相互连接的定位笼上盘、定位笼下盘；定位笼上盘、定位笼下盘上对应设有用于放置培养皿放置筒的定位孔；

旋转支撑组件底部设有转台底板；顶出组件设有顶柱，顶柱穿过转台底板连接有顶盘；顶盘一侧设有第二传感器。

优选地，划线接种环装置设有接种环旋转装置；接种环旋转装置设有外壳，外壳顶部设有法兰连接盘，外壳内部可拆卸的设有驱动装置和第三传感器，驱动装置设有贯通的主轴，主轴前端突出外壳，主轴后端位于外壳内部，主轴前端通过定位套连接有接种环连接定位块；主轴后端设有感应片连接套，感应片连接套上设有挡片；

接种环连接定位块安装有第一接种环、第二接种环，第一接种环尺寸大于第二接种环。

优选地，已处理培养皿样本回收装置设有回收装置、滑道组件，回收装置底部中间连接有旋转装置；回收装置周向设有培养皿输入孔，培养皿输入孔下方对应滑道组件的输出端；培养皿输入孔外周设有培养皿支撑装置，培养皿支撑装置设有翻板；

回收装置设有上盘、下盘，上盘、下盘之间设有连接柱；滑道组件设有滑道；滑道的输入端一侧设有第一推动装置，滑道的输出端下方设有第二推动装置；滑道的输出端设有缺口，滑道边缘设有挡块。

优选地，标签翻转装置设有支撑组件，支撑组件连接有动力组件、出纸导向组件，动力组件输出端穿过支撑组件连接有限位支撑组件，限位支撑组件连接有翻转吸标组件，翻转吸标组件位于出纸导向组件的上方，支撑组件远离出纸导向组件的一端设有第四传感器。

优选地，限位支撑组件设有与动力组件输出端连接的连接法兰，连接法兰设有传感器挡片；连接法兰下方设有限位支撑件，限位支撑件上设有与传感器挡片相配合的第五传感器，限位支撑件两端设有高度不同的限位柱。

优选地，翻转吸标组件设有导柱导向板，导柱导向板靠近限位支撑组件的一端连接有连接杆，导柱导向板下方连接有标签扶持板、伸出标签扶持板的吸盘；导柱导向板通过弹性连接机构与标签扶持板连接，导柱导向板通过连接杆与连接法兰连接。

优选地，出纸导向组件设有标签支撑板和标签导向立板，标签导向立板上下两端分别与标签支撑板、支撑组件连接；标签支撑板前端设有支撑连接件，标签支撑板与支撑连接件之间设有气管连接件，气管连接件连接有吹气管，气管连接件上表面设有出气孔。

优选地，试管开盖搬运装置、划线接种环装置、培养皿开盖搬运装置均为机械手，试管开盖搬运装置、培养皿开盖搬运装置的机械手设有三爪卡盘；试管管体夹持装置、培养皿底盘夹持装置设有三爪卡盘。

本发明的有益效果：

1、体积小，占用空间小；

2、动力源为气动，输出稳定，安全可靠，在有限的空间动作迅速准确灵活，精度高，每小时可处理120个培养皿，效率高；

3、抓取试管、贴标动作简单，效率高；已处理培养皿样本回收装置设有起缓冲作用的培养皿支撑装置，标签翻转装置设有翻转吸标组件，无需另外设置贴标平台，即可完成贴标；翻转吸标组件的导柱导向板、标签扶持板之间设有弹性连接机构，有效减少贴标动作冲击，培养皿不易碎；且标签贴在培养皿底部，不易弄错信息；

4、试管夹紧回收装置设有用于放置处理完的试管样本的回收装置，试管从试管盘抓取出来之后，不需放回试管盘，投放至回收装置，不会触发报警；

5、抓取、开盖均采用三爪卡盘，受力均匀，不易损坏试管、培养皿；

6、未处理培养皿放置顶出装置设有顶出传动装置，培养皿拿取时，顶出传动装置顶出培养皿，从上抓取培养皿，装置可适用不同规格的培养皿；

7、已处理培养皿样本回收装置回收装置、滑道组件，回收装置的培养皿输入孔外周设有起缓冲支撑作用的培养皿支撑装置，从下放置培养皿，培养皿不易碎。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的主视图；

图3是本发明的俯视图；

图4是试管夹紧回收装置的结构示意图；

图5是试管夹紧回收装置的主视图；

图6是图5的a处放大图；

图7是试管夹紧回收装置的俯视图；

图8是试管夹紧回收装置的结构示意图；

图9是试管夹紧回收装置的推件结构示意图；

图10是未处理培养皿放置顶出装置的结构示意图；

图11是未处理培养皿放置顶出装置的顶出传动装置的结构示意图；

图12是图11的主视图；

图13是未处理培养皿放置顶出装置的培养皿放置筒和定位笼的结构示意图；

图14是图13的主视图；

图15是接种环旋转装置的立体图；

图16是接种环旋转装置的主视图；

图17是图16的a-a剖视图；

图18是已处理培养皿样本回收装置的结构示意图；

图19是图18的后视图；

图20是图18的左视图；

图21是已处理培养皿样本回收装置的滑道、第一推动装置和第二推动装置的结构示意图；

图22是图21的右视图；

图23是图18的a处放大图；

图24是标签翻转装置的立体图；

图25是标签翻转装置的主视图；

图26是标签翻转装置的左视图；

图27是标签翻转装置的翻转吸标组件立体图。

图中符号说明

1.试管开盖搬运装置；2.试管夹紧回收装置；3.试管管体夹持装置；4.样本开盖视觉装置；5.第一传感器；6.扫描仪；7.划线接种环装置；8.未处理培养皿放置顶出装置；9.培养皿开盖搬运装置；10.培养皿底盘夹持装置；11.接种环红外灭菌仪；12.已处理培养皿样本回收装置；13.条码打印贴标装置；14.条码打印机；15.标签翻转装置；16.人机交互系统；17.引风系统；18.待测样本试管盘；19.夹紧装置；20.回收装置；21.楔形面；22.快速压钳；23.定位销；24.垃圾桶；25.滑道；26.滑道型材；27.有角件；28.推块a；29.推块b；30.固定块；31.导向轴；32.挡件；33.顶出传动装置；34.定位笼；35.培养皿放置筒；36.顶盘；37.导向套；38.第二传感器；39.旋转台；40.减速箱；41.电机；42.转台底板；43.顶柱；44.连接弯板；45.连接直板；46.直线导轨连接板；47.定位笼上盘；48.定位笼下盘；49.定位柱；50.法兰盘；51.接种环旋转装置；52.外壳；53.第一接种环；54.定位销；55.定位套；56.接种环连接定位块；57.安装孔槽；58.紧固螺钉；59.第二接种环；60.步进电机；61.电机主轴；62.感应片连接套；63.第三传感器；64.法兰盘连接块；65.上盘；66.下盘；67.连接柱；68.培养皿输入孔；69.滑道；70.翻板；71.缺口；72.第一推动装置；73.第二推动装置；74.第一气缸；75.推块；76.第二气缸；77.顶板；78.固定块；79.限位杆；80.挡块；81.培养皿；82.旋转装置；83.翻转吸标组件；84.调节固定套；85.导柱导向板；86.连接杆；87.导柱；88.弹簧；89.标签扶持板；90.吸气管；91.吸盘；92.出纸导向组件；93.吹气管；94.支撑连接件；95.标签支撑板；96.气管连接件；97.标签导向立板；98.动力组件；99.从动轮；100.主动轮；101.驱动机构；102.传感器挡片；103.连接法兰；104.主轴；105.支撑组件；106.第四传感器；107.第一限位柱；108.第五传感器；109.第二限位柱；110.限位支撑件。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步描述。

如图1-3所示，本发明设有试管开盖回收部分、培养皿接种部分和培养皿贴标回收部分。

试管开盖回收部分设有试管开盖搬运装置1、试管夹紧回收装置2和试管管体夹持装置3。试管夹紧回收装置2上方设有样本开盖视觉装置4，试管管体夹持装置3一侧设有第一传感器5、扫描仪6。

培养皿接种部分设有划线接种环装置7、未处理培养皿放置顶出装置8、培养皿开盖搬运装置9、培养皿底盘夹持装置10，划线接种环装置7邻近试管管体夹持装置3、培养皿底盘夹持装置10，培养皿开盖搬运装置9邻近培养皿底盘夹持装置10、未处理培养皿放置顶出装置8。划线接种环装置7一侧设有接种环红外灭菌仪11。

培养皿贴标回收部分设有已处理培养皿样本回收装置12、条码打印贴标装置13，已处理培养皿样本回收装置12设在培养皿开盖搬运装置9、条码打印贴标装置13之间。条码打印贴标装置13设有条码打印机14、标签翻转装置15。

如图4-7所示，试管夹紧回收装置2设有待测样本试管盘18、用于夹持待测样本试管盘的夹紧装置19，待测样本试管盘18下方设有回收装置20；夹紧装置19设有挡件32、推件；挡件32、推件分别设在待测样本试管盘两侧，且与待测样本试管盘接触的面为楔形面21；推件设有推块，推块连接有快速压钳22。

待测样本试管盘18的另两侧设有定位销23，定位销23固定在工作台上。

如图8所示，回收装置20设有垃圾桶24，垃圾桶24连接有滑道25，滑道25连接有滑道型材26，滑道型材26通过有角件27与工作台固定。更换垃圾袋时，可将垃圾桶24拖出，更换方便。

如图9所示，推块设有推块a28、推块b29；推块a28、推块b29中间设有固定块30，并通过导向轴31连接。可以更换导向轴31，调整推块尺寸，适应不同尺寸的待测样本试管盘18。

夹紧装置19、定位销23安装在工作台上，回收装置安装在工作台下；垂直方向上待测样品试管盘1和垃圾桶24是错开的(参见图4)。待测样本试管盘18在夹紧装置19、定位销23的作用下定位，方便试管开盖搬运装置1定位拾取试管，处理过的试管直接扔进回收装置里，不必放回待测样本试管盘18；有效避免了试管开盖搬运装置1将试管放回待测样本试管盘18时产生碰撞，触发报警情况的发生，提高了效率。

如图10-14所示，未处理培养皿放置顶出装置8设有顶出传动装置33，顶出传动装置上方通过旋转支撑组件连接有定位笼34，顶出传动装置33设有与直线导轨连接的顶出组件；定位笼34设有相互连接的定位笼上盘47、定位笼下盘48；定位笼上盘47、定位笼下盘48上对应设有用于放置培养皿放置筒的定位孔，培养皿放置筒35可叠放多个培养皿。

旋转支撑组件底部设有转台底板42，顶出组件设有顶柱43，顶柱43穿过转台底板42、导向套37，连接有顶盘36。顶盘36一侧设有第二传感器38，第二传感器38用于检测顶盘36是否有顶出培养皿，方便培养皿开盖搬运装置9抓取操作。直线导轨滑动通过连接件与顶柱43连接。

定位笼下盘48的定位孔小于定位笼上盘47的定位孔；顶盘36可穿过定位笼下盘48的定位孔，并在培养皿放置筒35的内部移动。

将定位笼上盘47、旋转台39与工作台固定。旋转台39驱动定位笼34旋转定位，连接件在顶出传动装置33的直线导轨带动下向上运动，与连接件固定连接的顶柱43一同动作，顶柱43上方的顶盘36将培养皿放置筒35中的培养皿顶出；同时，第二传感器38检测到顶盘36的顶出动作，并上传给控制系统。

连接件的形状、结构根据现场情况确定，本实施例的连接件为适应支撑框架的横向支撑，设有连接弯板44、连接直板45和直线导轨连接板46。连接弯板44的一端与直线导轨连接板46连接，另一端与连接直板45连接；直线导轨连接板46的另一端与直线导轨连接，连接直板45与顶柱43连接。

未处理培养皿放置顶出装置8结构简单，操作方便；设有顶出传动装置33、定位笼34和培养皿放置筒35，既可以定位筒内放置的培养皿，又可以保证培养皿能在筒内快速移动。顶出传动装置33通过旋转支撑组件与定位笼34连接，驱动定位笼34旋转定位。

划线接种环装置7设有接种环旋转装置51。

如图15-17所示，接种环旋转装置51设有外壳52，外壳52顶部设有法兰连接盘64，外壳52内部可拆卸的设有驱动装置和第三传感器63，该驱动装置一般采用步进电机60，步进电机60通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而实现准确定位；步进电机60设有贯通的主轴61，主轴61前端突出外壳52，主轴61后端位于外壳52内部，主轴61前端通过定位套55连接有接种环连接定位块56，定位套55与接种环连接定位块56还通过定位销54定位，确保接种环连接定位块56位置准确可靠。主轴61后端设有感应片连接套62，感应片连接套62上设有挡片，与第三传感器63配合，准确控制步进电机60的运行。

接种环连接定位套4设有两个用于安装接种环的接种环安装孔槽57，接种环连接定位套4通过紧固螺钉58紧固于接种环安装孔槽57。两个接种环分别是第一接种环53和第二接种环59，第一接种环53尺寸大于第二接种环59，第一接种环53用于蘸取和摊开样品，第二接种环59用于划线，便于快速生成菌种或菌群。

如图18-22所示，已处理培养皿样本回收装置12设有回收装置、滑道组件，回收装置底部中间连接有旋转装置82；回收装置周向设有培养皿输入孔68，培养皿输入孔68下方对应滑道组件的输出端；培养皿输入孔68外周设有培养皿支撑装置，培养皿支撑装置设有翻板70。

回收装置设有上盘65、下盘66，上盘65、下盘66之间设有连接柱67。滑道组件设有滑道69、推动装置；滑道69的输入端一侧设有第一推动装置72，滑道69的输出端下方设有第二推动装置73。滑道69的输出端设有缺口71，滑道69边缘设有挡块80。

培养皿输入孔68数量视情况设定，本实施例的培养皿输入孔68数量为5个。

第一推动装置72设有第一气缸74，第一气缸74横向设置，第一气缸74的活塞杆连接有推块75。第一推动装置72设有第二气缸76，第二气缸76纵向设置，第二气缸76的活塞杆上方连接有顶板77。

如图23所示，培养皿支撑装置还设有固定块78、与固定块78连接的限位杆79，翻板70的一端与固定块78活动连接，翻板70设在限位杆79下方，翻板70下方设有弹簧(图中未示出)。

使用时，培养皿开盖搬运装置9将培养皿81放在滑道69的输入端，第一气缸74的活塞杆推动推块75，培养皿81在推块75的作用下沿滑道69滑动至输出端缺口71处，第一气缸74的活塞杆收回；第二气缸76的活塞杆推动顶板77向上运动，培养皿81在顶板77的作用下穿过回收装置的培养皿输入孔68，与此同时，培养皿支撑装置的翻板70在培养皿81的作用下向上翻，在限位杆79的作用下，翻板70只能上翻到一定位置；培养皿81继续向上，翻板70回落。第二气缸76的活塞杆收回，顶板77回落，培养皿81在重力作用下向下运动至翻板70上方，翻板70下方弹簧起缓冲作用，减少冲击。

已处理培养皿样本回收装置12设有回收装置、滑道组件，滑道组件设有滑道69和两个推动装置，回收装置设在滑道69上方，滑道69的输入端、输出端均设有推动装置；回收装置设有通过连接柱67连接的上盘65、下盘66，在培养皿向上和向下运动的过程中，连接柱67起导向作用；回收装置的培养皿输入孔68外周设有培养皿支撑装置，在培养皿向下运动到位时起支撑缓冲作用，实现自动回收摆放培养皿的同时，减轻培养皿碰撞力度。

如图24-26所示，标签翻转装置15设有支撑组件105，支撑组件105连接有动力组件98、出纸导向组件92，动力组件98输出端穿过支撑组件105连接有限位支撑组件，限位支撑组件连接有翻转吸标组件83，翻转吸标组件83位于出纸导向组件92的上方，支撑组件105远离出纸导向组件92的一端设有第四传感器106。

动力组件98设有传动机构、驱动机构101，驱动机构101一般为步进电机，传动机构设有主动轮100、从动轮99，本实施例采用皮带传动方式，还可以是齿轮传动或其他传动方式。从动轮99的主轴104穿过支撑组件105与限位支撑组件的连接法兰103连接。

限位支撑组件设有连接法兰103，连接法兰103设有传感器挡片102；连接法兰103下方设有限位支撑件110，限位支撑件110上设有与传感器挡片102相配合的第五传感器108，限位支撑件110两端设有高度不同的限位柱，分别是第一限位柱107和第二限位柱109。

如图27所示，翻转吸标组件83设有导柱导向板85，导柱导向板85靠近限位支撑组件的一端连接有连接杆85，导柱导向板85下方连接有标签扶持板89、吸盘91，吸盘91伸出标签扶持板89。导柱导向板85通过弹性连接机构与标签扶持板89连接，导柱导向板85通过连接杆85与限位支撑组件的连接法兰103连接。

吸盘91连接有吸气管90，弹性连接机构为套有弹簧88的导柱87，导柱87伸出导柱导向板85的部分设有调节固定套84，该调节固定套84能够调节标签扶持板89的位置；本实施例的弹性连接机构设有四组。

出纸导向组件92设有标签支撑板95和标签导向立板97，标签导向立板97上端与标签支撑板95连接，标签导向立板97下端与支撑组件105连接。标签支撑板95前端设有支撑连接件94，标签支撑板95与支撑连接件94之间设有气管连接件96，气管连接件96连接有吹气管93，气管连接件96上表面设有出气孔。

当需要对培养皿贴标时，连接杆85位于第二限位柱109上方，条码打印系统打印出标签，标签置于支撑连接件94上，吹气管93吹气，同时吸气管90吸气，气管连接件96吹动标签，使标签被吸盘91吸起；标签被吸起后，驱动机构101运行，传动机构通过主轴104带动连接法兰103转动，从而通过连接杆85带动吸有标签的翻转吸标组件83一起向后翻转。当连接杆85到达第四传感器106时，第四传感器106控制驱动机构101停转，连接杆85位于第一限位柱107上方，此时培养皿开盖搬运装置9抓取培养皿经过翻转吸标组件83上空，培养皿开盖搬运装置9下行，将标签贴在培养皿底部；培养皿开盖搬运装置9抓取培养皿离开后，驱动机构101控制连接杆85归位，当传感器挡片102经过第五传感器108时，第五传感器108控制步进电机停转，此时连接杆85归位，即位于第二限位柱109上方。

试管管体夹持装置3、培养皿底盘夹持装置10设有三爪卡盘，试管开盖搬运装置1、划线接种环装置7、培养皿开盖搬运装置9均为机械手，试管开盖搬运装置1、培养皿开盖搬运装置9的机械手设有三爪卡盘。

本发明还设有人机交互系统16、引风系统17。

工作过程：样本开盖视觉装置4检测试管夹紧回收装置2上的试管是否开盖，开盖则报警；试管开盖搬运装置1将未开盖试管抓取搬运至试管管体夹持装置3，试管管体夹持装置3握紧试管，试管开盖搬运装置1开盖。扫描仪6扫描到试管信息，条码打印机14打印标签；第一传感器5检测到试管，划线接种环装置7的接种环经接种环红外灭菌仪11灭菌后，蘸取试管样本；同时，培养皿开盖搬运装置9将未处理培养皿放置顶出装置8中的培养皿搬运至培养皿底盘夹持装置10，并完成开盖；试管开盖搬运装置1给试管上盖后将其投放至回收装置20。划线接种环装置7在开盖培养皿中摊开样本；培养皿开盖搬运装置9给培养皿上盖，并移动到标签翻转装置15，此时，标签翻转装置15已经完成吸标翻转动作，培养皿开盖搬运装置9下移将标签贴至培养皿底部，后将培养皿放至已处理培养皿样本回收装置12的滑道25上。最后，已处理培养皿样本回收装置12将培养皿摆放整齐。

惟以上者，仅为本发明的具体实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，故其等同组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修改，皆应仍属本发明权利要求书涵盖之范畴。