应用生物医药注射剂微生物检测机器人系统的集菌方法与流程

本发明涉及医疗器械领域，尤其涉及应用生物医药注射剂微生物检测机器人系统的集菌方法。

背景技术：

集菌过滤法是生物医学上最常用的无菌检测方法之一，其主要通过将注射液通过集菌培养器的超滤膜加压过滤，注射液中的细菌残留在集菌培养器中，通过对其进行培养，对其放大后的菌落进行计数，便可得知原注射液中细菌数量。现有技术中，该操作是通过人工完成的，效率低，成本高，并且在向集菌培养器中灌注空气加压过滤时，空气中的细菌可能会残留在集菌培养器的滤布上，干扰实验结果，使得实验精度降低。

技术实现要素：

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供应用生物医药注射剂微生物检测机器人系统的集菌方法。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

应用生物医药注射剂微生物检测机器人系统的集菌方法，包括以下步骤：

s1、六轴机器人将集菌培养器放于指定位置，将集菌培养器的针头插入注射液瓶，启动液体泵，向集菌培养器中灌注注射液；

s2、再次启动液体泵，将无菌空气泵入集菌培养器，向集菌培养器中加压，注射液经集菌培养器底部的滤布过滤后排出，细菌留在滤布上；

s3、六轴机器人将集菌培养器的针头拔出并插入培养液瓶，启动液体泵，向集菌培养器中灌注培养液；

s4、六轴机器人将集菌培养器的输液管剪断并封装，将集菌培养器放置于成品架上。

进一步地，所述六轴机器人包括第一机器人和第二机器人。

进一步地，所述针头为侧孔双芯针头。

进一步地，所述第一机器人设于无菌箱的内部的底面，所述第二机器人设于无菌箱的内部的顶面。

进一步地，在所述步骤s1之前，还包括以下步骤：

将集菌培养器放置于输送链固定机构上。

进一步地，所述步骤s11之前，还包括以下步骤：

s17、相机对液体泵周围空间进行拍照，并将照片传输给计算机，通过计算机对拍照所得的图像进行识别，判断待夹取的其中一段输液管的位置，并将得到的该段输液管两端的位置信息分别传输给第一机器人和第二机器人。

进一步地，在所述步骤s4之后，还包括以下步骤：

s5、第一机器人夹紧使用过后的内部培养液不足的培养液瓶，松开第一夹爪的第一抓手，第一机器人将使用过后的内部培养液不足的培养液瓶放回培养液瓶放置架，然后返回所述从培养液瓶放置架上夹取盛装有足量培养液的培养液瓶，将其瓶口朝上地放于第一夹爪的第一抓手中的步骤。

进一步地，所述步骤s1包括以下步骤：

s11、第一机器人从注射液瓶放置架上将注射液瓶取下，并将其瓶口朝上地放置于第一夹爪的第二抓手中，第一夹爪的电机动作，将注射液瓶夹紧，同时，第二机器人将集菌培养器的针头上的护套取下，并放入回收盒；

s12、第一机器人夹住集菌培养器的瓶身，第二机器人夹住集菌培养器的针头，同时动作，将集菌培养器从输送链固定机构上取下；

s13、第一机器人将集菌培养器的瓶身放置于第二夹爪中，第二夹爪的电机动作，将集菌培养器的瓶身夹紧，第二机器人将针头自上而下地从注射液瓶的瓶口插入；

s14、第一机器人和第二机器人分别夹住输液管的其中一段的两端，将该段输液管放入液体泵中；

s15、翻转第一夹爪，使注射液瓶的瓶口朝下；

s16、启动液体泵，液体泵将注射液从注射液瓶泵入集菌培养器中。

进一步地，在所述步骤s13之后，步骤s14之前，还包括以下步骤：

s17、相机对液体泵周围空间进行拍照，并将照片传输给计算机，通过计算机对拍照所得的图像进行识别，判断待夹取的其中一段输液管的位置，并将得到的该段输液管两端的位置信息分别传输给第一机器人和第二机器人。

进一步地，所述步骤s2包括以下步骤：

s21、第二机器人从橡胶帽物料盒中抓取橡胶帽，并将橡胶帽安装于集菌培养器的排气嘴上；

s22、翻转第一夹爪，使注射液瓶的瓶口朝上；

s23、启动液体泵，向集菌培养器中泵入无菌空气，增大集菌培养器内压力，加压过滤掉集菌培养器内的注射液，注射液从滤布下方的集菌培养器的排液口排出，使细菌残留在滤布上。

进一步地，所述步骤s2包括以下步骤：

s21、第二机器人从橡胶帽物料盒中抓取橡胶帽，并将橡胶帽安装于集菌培养器的排气嘴上；

s22、翻转第一夹爪，使注射液瓶的瓶口朝上；

s23、启动液体泵，向集菌培养器中泵入无菌空气，增大集菌培养器内压力，加压过滤掉集菌培养器内的注射液，注射液从滤布下方的集菌培养器的排液口排出，使细菌残留在滤布上。

进一步地，在所述步骤s21之前，还包括以下步骤：

s24、相机对橡胶帽物料盒进行拍照，并将照片传输给计算机，通过计算机对拍照所得的图像进行识别，判断待抓取的橡胶帽的位置，并将该橡胶帽的位置信息传输给第二机器人。

进一步地，所述步骤s3包括以下步骤：

s31、第二机器人夹住针头，将其从注射液瓶的瓶口中拔出；

s32、第一机器人夹住注射液瓶，第一夹爪的第二抓手松开，第一机器人将注射液瓶放回注射液瓶放置架上，第二机器人将针头插入培养液瓶的瓶口；

s33、第二机器人从橡胶塞物料盒中抓取橡胶塞，并将其安装于集菌培养器的排液口上；

s34、第二机器人将集菌培养器的排气嘴上的橡胶帽取下，放入回收盒中；

s35、第一夹爪翻转，使培养液瓶口朝下；

s36、启动液体泵，将培养液瓶中的培养液灌注进入集菌培养器中。

进一步地，在所述步骤s32之后，步骤s33之前，还包括以下步骤：

相机对橡胶塞物料盒进行拍照，并将照片传输给计算机，通过计算机对拍照所得的图像进行识别，判断待抓取的橡胶塞的位置，并将该橡胶塞的位置信息传输给第二机器人。

进一步地，在所述步骤s32之后，步骤s33之前，还包括以下步骤：

第二夹爪翻转，使集菌培养器的排液口朝上，排气嘴朝下；

在所述步骤s33之后，步骤s34之前，还包括以下步骤：

第二夹爪翻转，使集菌培养器的排气嘴朝上，排液口朝下。

进一步地，在所述步骤s33中，第二机器人通过夹持部件抓取橡胶塞。

进一步地，在所述步骤s33中，第二机器人通过真空吸盘抓取橡胶塞。

进一步地，所述步骤s4包括以下步骤：

s41、第二机器人夹住输液管，第一机器人从卡子物料盒中抓取卡子；

s42、第一机器人将卡子卡到输液管上；

s43、第一机器人松开卡子，然后夹持住输液管；

s44、第二机器人松开输液管；

s45、第二机器人抓取剪刀，将输液管剪断；

s46、第一机器人夹住输液管的断口，将该断口套在集菌培养器的排气嘴上；

s47、第二机器人夹住集菌培养器的瓶身，第二夹爪松开，第二机器人将集菌培养器放在成品架上；

s48、计算机判断培养液瓶中剩余的培养液体积是否小于集菌培养器的容量，如果小于，则进入步骤s5；如果不小于，则返回步骤s1。

进一步地，在所述步骤s41之前，还包括以下步骤：

相机对输液管进行拍照，并将照片传输给计算机，通过计算机对拍照所得的图像进行识别，判断待夹持的一段输液管的位置，并将该段输液管的位置信息传输给第一机器人和第二机器人。

进一步地，在所述步骤s45之后，步骤s46之前，还包括以下步骤：

相机对集菌培养器进行拍照，并将照片传输给计算机，通过计算机对拍照所得的图像进行识别，判断集菌培养器的排气嘴的位置，并将该排气嘴的位置信息传输给第一机器人。

进一步地，在所述步骤s46中，第一机器人根据设于第一机器人上的力矩传感器所受的轴向力来判断输液管的断口的插入深度。

进一步地，在所述步骤s46中，第一机器人根据设于第一机器人上的力矩传感器来判断输液管的断口的所受的径向力，从而使第一机器人抓住输液管的断口左右扭动地套在集菌培养器的排气嘴上。

进一步地，在所述步骤s46中，第一机器人根据其套输液管时的下降高度来判断输液管的断口的插入深度。

进一步地，输液管上，由与集菌培养器连接的一端到连接针头的一端，依次设有卡子夹持部、六轴机器人夹持部和剪切处。

进一步地，在所述步骤s48中，计算机通过计算培养液瓶的容积和集菌培养器的容积的比值，判断培养液瓶中剩余的培养液体积是否小于集菌培养器的容量。

进一步地，在所述步骤s48中，计算机通过设于第一夹爪上的液位传感器判断培养液瓶中剩余的培养液体积是否小于集菌培养器的容量。

进一步地，所述液体泵为蠕动泵或齿轮泵。

进一步地，所述相机为3d相机。

进一步地，所述相机为2d相机。

进一步地，所述2d相机通过拍照识别物体所处的水平面坐标，在竖直方向上设置夹取公差，使夹取动作在竖直方向上进行。

本发明的有益效果在于：

1、本技术方案所提供的应用生物医药注射剂微生物检测机器人系统的集菌方法，全部过程位于密闭的无菌环境内，保证空气中的杂菌不会进入到集菌培养器中，从而使检测结果更加准确；

2、机器人精确的操作使得整个过程不会出现失误，使得检测结果的可信赖度更高；

3、大部分操作通过六轴机器人完成，机器人的效率约是人工的5-10倍，极大地提升了检测效率；

4、在成本的计算模型中，一次的机器人投资约等于一年半的人工工资，大大节约了人工成本；

5、第一机器人和第二机器人的抓取动作由相机拍照进行视觉识别，增强了六轴机器人的动作精确度；

6、第一机器人设于无菌箱的内部的底面，第二机器人设于无菌箱的内部的顶面，在无菌箱内有限的空间，使得第一机器人和第二机器人有更大的活动范围；

7、初始状态下将集菌培养器堆放在无菌箱内部，无菌箱的侧壁上开设有供操作员的手穿过的操作孔，操作孔上设置有橡胶手套，使得无菌箱内的环境保持密封；

8、针头为侧孔双芯针头，以便在之后的灌注过程维持注射液瓶或培养液瓶的瓶内外压力平衡；

9、通过第一机器人上的力矩传感器来判断输液管的断口的所受的径向力，使第一机器人抓住输液管的断口左右扭动，模拟人工套管的方式，将该断口套在集菌培养器的排气嘴上，加快套管速度的同时使得套好的输液管更加稳固；

10、无菌箱内会先通过灌满h2o2蒸汽进行消杀，形成无菌环境，而由于h2o2蒸汽具有强氧化性，因此位于无菌箱内的所有零部件均为抗氧化材料，包括具有密封结构的机械手、由阳极氧化处理后的铝型材制成的第一夹爪、第二夹爪和放置架等；另外，对于具有链条的输送链固定机构，为了防止润滑油被氧化导致流动性降低，也未采用润滑油润滑；最后，设备中的精密元器件如定位控制元器件均放置于无菌箱的箱体外，防止因为h2o2蒸汽熏蒸导致设备零部件快速老化。

附图说明

图1是本发明所述应用生物医药注射剂微生物检测机器人系统的集菌方法的流程图；

图2是本发明所述应用生物医药注射剂微生物检测机器人系统的集菌方法的步骤3的流程图；

图3是本发明所述应用生物医药注射剂微生物检测机器人系统的集菌方法的步骤4的流程图；

图4是本发明所述应用生物医药注射剂微生物检测机器人系统的集菌方法的步骤5的流程图；

图5是本发明所述应用生物医药注射剂微生物检测机器人系统的集菌方法的步骤6的流程图；

图6是本发明所述应用生物医药注射剂微生物检测机器人系统的集菌方法的集菌设备的示意图。

附图标记：

10-第一机器人，20-第二机器人，30-第一夹爪，31-第一抓手，第二抓手-第二抓手，40-第二夹爪，50-集菌培养器，51-针头，52-瓶身，53-输液管，60-注射液瓶，70-培养液瓶，80-蠕动泵，90-输送链固定机构，100-注射液瓶放置架，110-培养液瓶放置架，120-成品架，130-橡胶帽物料盒，140-橡胶塞物料盒，150-卡子物料盒，160-力矩传感器，170-回收盒。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

实施例1：

如图1-图6所示，应用生物医药注射剂微生物检测机器人系统的集菌方法，六轴机器人包括设于无菌箱的内部的底面的第一机器人10和设于无菌箱的内部的顶面的第二机器人20，在无菌箱内有限的空间，使得第一机器人10和第二机器人20有更大的活动范围，该方法包括以下步骤：

步骤1、放置集菌培养器50：初始状态下将集菌培养器50堆放在无菌箱内部，无菌箱的侧壁上开设有供操作员的手穿过的操作孔，操作孔上设置有橡胶手套，使得无菌箱内的环境保持密封，操作员将手穿过操作孔，隔着橡胶手套将集菌培养器50放置于输送链固定机构90上。

步骤2、放置培养液瓶70：第一机器人10从培养液瓶放置架110上夹取盛装有足量培养液的培养液瓶70，将其瓶口朝上地放于第一夹爪30的第一抓手31中。因为本步骤中，培养液瓶放置架110所处的位置被位于无菌箱底部的限位结构固定，所以培养液瓶70所处的位置也是固定的，第一机器人10无需通过3d相机拍照便可以判断培养液瓶70所处的位置。

步骤3、灌注注射液，包括以下步骤：

步骤3.1、第一机器人10从注射液瓶放置架110上将注射液瓶60取下，并将其瓶口朝上地放置于第一夹爪30的第二抓手中，第一夹爪30的电机动作，将注射液瓶60夹紧，同时，第二机器人20将集菌培养器50的针头51上的护套取下，并放入回收盒170；

步骤3.2、第一机器人10夹住集菌培养器50的瓶身52，第二机器人20夹住集菌培养器50的针头51，二者同时动作，将集菌培养器50从输送链固定机构90上取下；

步骤3.3、第一机器人10将集菌培养器50的瓶身52放置于第二夹爪40中，第二夹爪40的电机动作，将集菌培养器50的瓶身52夹紧，第二机器人20将针头51自上而下地从注射液瓶60的瓶口插入。该针头51为侧孔双芯针头51，以便在之后的灌注过程维持注射液瓶60或培养液瓶70的瓶内外压力平衡；

步骤3.4、利用3d相机对蠕动泵80周围空间进行拍照，并将照片传输给计算机，通过计算机对拍照所得的图像进行识别，判断待夹取的其中一段输液管53的位置，并将得到的该段输液管53两端的位置信息分别传输给第一机器人10和第二机器人20；

步骤3.5、第一机器人10和第二机器人20根据步骤3.4中得到的位置信息，分别夹住输液管53待夹取的一段的两端，将该段输液管53放入蠕动泵80中；

步骤3.6、翻转第一夹爪30，使注射液瓶60的瓶口朝下，以方便抽取注射液；

步骤3.7、启动蠕动泵80，蠕动泵80将注射液从注射液瓶60泵入集菌培养器50中。

步骤4、集菌过滤，包括以下步骤：

步骤4.1、利用3d相机对橡胶帽物料盒130进行拍照，并将照片传输给计算机，通过计算机对拍照所得的图像进行识别，判断待抓取的橡胶帽的位置，并将该橡胶帽的位置信息传输给第二机器人20；

步骤4.2、第二机器人20根据步骤4.1中得到的位置信息，从橡胶帽物料盒130中抓取橡胶帽，并将橡胶帽安装于集菌培养器50的排气嘴上；

步骤4.3、翻转第一夹爪30，使注射液瓶60的瓶口朝上，以方便抽取无菌空气；

步骤4.4、启动蠕动泵80，向集菌培养器50中泵入无菌空气，增大集菌培养器50内压力，加压过滤掉集菌培养器50内的注射液，注射液从滤布下方的集菌培养器50的排液口排出，使细菌残留在滤布上。

步骤5、灌注培养液，包括以下步骤：

步骤5.1、第二机器人20夹住针头51，将其从注射液瓶60的瓶口中拔出；

步骤5.2、第一机器人10夹住注射液瓶60，第一夹爪30的第二抓手松开，第一机器人10将注射液瓶60放回注射液瓶放置架110上，第二机器人20将针头51插入培养液瓶70的瓶口，准备灌注培养液；

步骤5.3、第二夹爪40翻转，使集菌培养器50的排液口朝上，排气嘴朝下；

步骤5.4、利用3d相机对橡胶塞物料盒140进行拍照，并将照片传输给计算机，通过计算机对拍照所得的图像进行识别，判断待抓取的橡胶塞的位置，并将该橡胶塞的位置信息传输给第二机器人20，由于橡胶塞为三角状，因此需要3d相机进行拍照定位，才能方便第二机器人20夹取橡胶塞；

步骤5.5、第二机器人20根据步骤5.4中得到的位置信息，通过夹持部件或真空吸盘从橡胶塞物料盒140中抓取橡胶塞，并将其安装于集菌培养器50的排液口上；

步骤5.6、第二夹爪40翻转，使集菌培养器50的排气嘴朝上，排液口朝下；

步骤5.7、第二机器人20将集菌培养器50的排气嘴上的橡胶帽取下，放入回收盒170中，以维持集菌培养器50的内外压力平衡；

步骤5.8、第一夹爪30翻转，使培养液瓶70口朝下，以方便灌注培养液；

步骤5.9、启动蠕动泵80，将培养液瓶70中的培养液灌注进入集菌培养器50中。

步骤6、封装保存，包括以下步骤：

步骤6.1、利用3d相机对输液管53进行拍照，并将照片传输给计算机，通过计算机对拍照所得的图像进行识别，判断待夹持的一段输液管53的位置，并将该段输液管53的位置信息传输给第一机器人10和第二机器人20；

步骤6.2、第二机器人20根据步骤6.1中得到的位置信息，夹住输液管53，第一机器人10从卡子物料盒150中抓取卡子；

步骤6.3、第一机器人10将卡子卡到输液管53上；

步骤6.4、第一机器人10松开卡子，然后夹持住输液管53；

步骤6.5、第二机器人20松开输液管53，然后抓取剪刀，将输液管53剪断；

步骤6.6、利用3d相机对集菌培养器50进行拍照，并将照片传输给计算机，通过计算机对拍照所得的图像进行识别，判断集菌培养器50的排气嘴的位置，并将该排气嘴的位置信息传输给第一机器人10；

步骤6.7、第一机器人10夹住输液管53的断口，根据步骤6.6得到的位置信息将输液管53的断口套在排气嘴上，通过第一机器人10上的力矩传感器160来判断输液管53的断口的所受的径向力，使第一机器人10抓住输液管53的断口左右扭动，模拟人工套管的方式，将该断口套在集菌培养器50的排气嘴上。加快套管速度的同时使得套好的输液管53更加稳固，同时根据设于第一机器人10上的力矩传感器160来判断输液管53的断口的插入深度，完成集菌培养器50的封装；

步骤6.8、第二机器人20夹住集菌培养器50的瓶身52，第二夹爪40松开，第二机器人20将集菌培养器50的完成封装的输液管53挂在成品架120的挂钩上；

步骤6.9、计算机通过计算培养液瓶70的容积和集菌培养器50的容积的比值，判断培养液瓶70中剩余的培养液体积是否小于集菌培养器50的容量，如果小于，则需要重新放置新的培养液瓶70，进入步骤7；如果不小于，则培养液瓶70中的培养液还足够灌注一次以上的集菌培养器50，返回步骤3.1。

在步骤6中，输液管53上，从与集菌培养器50连接的一端到连接针头51的一端，依次设有卡子夹持部、六轴机器人夹持部和剪切处。

步骤7、放回空培养液瓶70：第一机器人10夹紧使用过后的内部培养液不足的培养液瓶70，松开第一夹爪30的第一抓手31，第一机器人10将所述使用过后的内部培养液不足的培养液瓶70放回培养液瓶放置架110，然后返回步骤2。

本实施例中，无菌箱内会先通过灌满h2o2蒸汽进行消杀，形成无菌环境，而由于h2o2蒸汽具有强氧化性，因此位于无菌箱内的所有零部件均为抗氧化材料，包括具有密封结构的机械手、由阳极氧化处理后的铝型材制成的第一夹爪30、第二夹爪40和成品架120等，防止因为h2o2蒸汽熏蒸导致设备零部件快速老化；另外，对于具有链条的输送链固定机构90，为了防止润滑油被氧化导致流动性降低，也未采用润滑油润滑；最后，设备中的精密元器件如定位控制元器件均放置于无菌箱的箱体外。

本实施例所提供的应用生物医药注射剂微生物检测机器人系统的集菌方法，全部过程位于密闭的无菌环境内，使空气中的杂菌不会进入到集菌培养器50中，从而使检测结果更加准确。

机器人精确的操作使得整个过程不会出现失误，使得检测结果的信赖度更高。

大部分操作通过六轴机器人完成，机器人的效率约是人工的5-10倍，极大地提升了检测效率。

在成本的计算模型中，一次的机器人投资约等于一年半的人工工资，大大节约了人工成本。

第一机器人10和第二机器人20的抓取动作由相机拍照进行视觉识别，增强了六轴机器人的动作精确度。

实施例2：

根据实施例1的技术方案，其中步骤6.7中，第一机器人10根据其套输液管53时的下降高度来判断输液管53的断口的套入深度，其余步骤同实施例1。

相较于实施例1，本实施例中不采用力矩传感器160进行判断，而是通过固定第一机器人10的该动作的行程来固定套管深度，大大节约了成本。

实施例3：

根据实施例1的技术方案，其中步骤6.9中，计算机通过设于第一夹爪30上的液位传感器判断培养液瓶70中剩余的培养液体积是否小于集菌培养器50的容量，其余步骤同实施例1。

相较于实施例1，本实施例中使用液位传感器进行判断，能够更加准确地判断残余培养液体积，减少失误，避免设备宕机。

实施例4：

根据实施例1的技术方案，将实施例1中的3d相机替换为2d相机，2d相机通过拍照识别物体所处的水平面坐标，在竖直方向上设置夹取公差，使夹取部件由上下向中部运动，夹取动作在竖直方向上进行，其余步骤同实施例1。

和3d相机相比，使用2d相机的成本大幅降低，通过使夹取部件在竖直方向运动，弥补2d相机不能识别z轴坐标的缺点。

上述实施例只是本发明的较佳实施例，并不是对本发明技术方案的限制，只要是不经过创造性劳动即可在上述实施例的基础上实现的技术方案，均应视为落入本发明专利的权利保护范围内。