分杯处理系统的制作方法

1.本发明属于生物检测技术领域，具体涉及一种分杯处理系统。


背景技术：

2.在进行病毒核酸检测时，待测样本一般暂存在样本管内，执行生物检测分析之前，需要将样本从样本管内逐一转移至反应板的各个孔洞中，该过程极其繁琐，涉及扫码、信息核对、旋盖、液体转移、闭盖等环节。在早期的检测过程中，以上各个环节由人工完成，存在费时费力、效率低下以及出错率高等问题。
3.为了克服人工操作所存在的上述问题，一种全自动的分杯处理系统应运而生，分杯处理系统主要集成有扫码机构、开关盖机构和移液机构等，将样本架安装在分杯处理系统中后，在移动模组的协同作用下，能够执行信息采集、开关盖和样本液体转移等工作。但是在分杯处理系统的现有技术中，通常还存在模组运动轨迹复杂、移液时间长、开关盖效率低以及需要人工介入装卸样本架的问题，从而导致分杯处理系统运行效率偏低，自动化进程仍有待进一步提高。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明提供一种分杯处理系统，旨在提高系统的分杯处理效率。
5.为实现上述目的，本发明技术方案如下：
6.一种分杯处理系统，包括设备基体，其特征在于：所述设备基体具有水平工作台以及位于水平工作台后端的纵向支撑架，所述纵向支撑架上安装有y轴导轨，所述y轴导轨上滑动装配有第一承载板和第二承载板，其中，所述第一承载板上设置有开关盖装置，用于自动开闭样本管管盖，所述第二承载板上设置有移液装置，用于将样本管内的样本转移至反应板；
7.所述水平工作台上设有样本架放置区、反应板放置区、tip头盒放置区和tip头回收区，所述设备基体前端通过升降机构安装有托盘组件，托盘组件上设有沿竖直方向分布的多层托盘，各层所述托盘均用于暂存样本架，所述水平工作台上设有水平移动机构，用于将托盘上的样本架转移至所述样本架放置区，或将样本架放置区上的样本架转移至托盘。
8.优选的，所述开关盖装置包括基座，所述基座通过第一z轴模组可上下滑动地安装有管盖抓取机构，所述管盖抓取机构用于夹持管盖并能够驱动管盖旋转，所述基座下部集成有管体夹持组件，其用于夹紧样本管管体，所述管体夹持组件与基座之间设有水平移动模组，所述水平移动模组用于驱动管体夹持组件沿水平方向移动，并能够使管体夹持组件驻停在所述管盖抓取机构下方；
9.所述基座通过第一x轴模组滑动装配在第一承载板上，所述纵向支撑架上设有第一y轴模组，用于驱动第一承载板在所述y轴导轨上滑动。
10.优选的，所述管盖抓取机构和管体夹持组件的数量均为两组，两组所述管盖抓取机构和两组所述管体夹持组件在竖直方向一一对应。
11.优选的，所述移液装置包括两组移液器，两组所述移液器之间的间距可调。
12.优选的，所述第二承载板上固设有第二x轴导轨，所述移液装置具有第一安装板和第二安装板，第一安装板和第二安装板均滑动装配在第二x轴导轨上，所述第一安装板与第二安装板之间设有驱动机构，用于驱动第二安装板朝远离或靠近第一安装板的方向滑动；两组所述移液器各通过一组第二z轴模组升降安装在第一安装板和第二安装板上；
13.所述第二承载板上设有第二x轴模组，用于驱动第一安装板和第二安装板同步滑动，所述纵向支撑架上设有第二y轴模组，用于驱动第二承载板在所述y轴导轨上滑动。
14.优选的，所述第一安装板后侧上端固设有支架组件，所述驱动机构包括第一皮带轮组件和驱动第一皮带轮组件转动的第一电机，所述第一电机和第一皮带轮组件均设置在支架组件上，所述第二安装板上端固设有转接块，该转接块与第一皮带轮组件的皮带固定连接。
15.优选的，所述托盘的两端均安装有宽度限位片，所述宽度限位片上端和前端均设有向外倾斜的导向段，所述托盘在对应两组宽度限位片之间的区域设有定位槽。
16.优选的，所述水平移动机构包括依次连接的平移组件、提升组件和夹爪组件，其中，所述夹爪组件用于托举样本架，所述平移组件用于带动夹爪组件在样本架放置区与托盘之间水平移动，所述提升组件用于带动夹爪组件在上下提升运动。
17.优选的，所述夹爪组件包括支撑板以及垂直连接在支撑板两端的夹臂；所述夹臂被构造成长方形板状结构，其上端设有定位凸起。
18.优选的，所述管体夹持组件包括套板、托板以及两组正对设置的夹持块，其中，两组所述夹持块用于夹持管体，所述托板位于两组所述夹持块下方，用于托住管体底部，所述套板位于两组所述夹持块上方，套板上设有与管体直径相适应的通孔。
19.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
20.1、样本架放置区、反应板放置区、tip头盒放置区和tip头回收区沿水平工作台的y轴方向依次布置，并且开关盖装置和移液装置共用一组y轴导轨，分杯处理系统具有较高的协同工作效率。
21.2、在系统前端升降机构、托盘组件以及水平移动机构的协同作用下，分杯处理系统可实现自动更换样本架，能够提升分杯处理系统的处理效率，延长系统的无人值守时间。
22.3、开关盖装置和移液装置均为两组设置，能够使分杯处理能力加倍。
23.4、开关盖装置的管体夹持组件与管盖抓取机构集成设置在一个模组上，两者能够在分杯处理系统中同步移动，样本管被管盖抓取机构抓取后，管体夹持组件向外移动较小行程即可将管体夹住，然后管盖抓取机构旋转即可实现开盖。这样的设置有助于简化管体夹持组件的移动行程，提高开关盖效率。
24.5、移液装置两组移液器之间的间距可以调整，以此来适应两根样本管和两组反应孔之间的孔距差，使得两组移液器可以同步执行滴液操作，有助于提升系统的分杯效率。
附图说明
25.图1为分杯处理系统的结构示意图(水平移动机构9和前侧的托盘组件2已隐藏)；
26.图2为分杯处理系统的另一结构示意图；
27.图3为展现分杯处理系统中升降机构8、水平移动机构9和托盘组件2位置关系的局
部结构示意图；
28.图4为托盘组件2的结构示意图；
29.图5为展现托盘组件2与升降机构8连接关系的剖视图；
30.图6为水平移动机构9的结构示意图；
31.图7为展现夹爪组件9c夹取样本架e的使用状态参考图；
32.图8为开关盖装置5的结构示意图(前侧视角)；
33.图9为开关盖装置5的结构示意图(背侧视角)；
34.图10至图12分别为开关盖装置5在三个不同状态下的侧视图。其中，图10为管盖抓取机构5c抓取样本管状态；图11为管体夹持组件5d夹住样本管状态；图12为管体夹持组件5d水平移动至最前端状态。
35.图13为移液装置6的立体结构示意图(前侧视角)；
36.图14为移液装置6的立体结构示意图(后侧视角)；
37.图15为图14中ⅰ处的局部放大图；
38.图16为移液装置6在分杯处理系统中的使用状态参考图(外侧视角)；
39.图17为移液装置6在分杯处理系统中的使用状态参考图(内侧视角)。
具体实施方式
40.以下结合实施例和附图对本发明作进一步说明。
41.如图1所示，一种分杯处理系统，包括设备基体1，设备基体1具有水平工作台1a以及位于水平工作台1a后端的纵向支撑架1b，纵向支撑架1b上安装有y轴导轨7，y轴导轨7上滑动装配有第一承载板3和第二承载板4，第一承载板3上设置有开关盖装置5，用于自动开闭样本管k的管盖g，第二承载板4上设置有移液装置6，用于将样本管内的样本转移至反应板m。水平工作台1a的长度方向依次设有样本架放置区a、反应板放置区b、tip头盒放置区c和tip头回收区d，结合附图2可以看出，样本架放置区a放置有样本架e，反应板放置区b放置有反应板m，tip头盒放置区c放置有tip头盒n，tip头回收区d放置有回收箱p。
42.再如图3所示，设备基体1的前端通过升降机构8安装有托盘组件2，结合附图4可以看出，托盘组件2上设有若干层托盘2a，各层托盘2a沿竖直方向阵列分布，托盘2a用于暂存样本架e。在本实施例中，托盘2a的层数为3层。水平工作台1a上设有水平移动机构9，用于将托盘2a上的样本架e转移至样本架放置区a，或将样本架放置区a上的样本架转移至托盘2a。结合附图6可以看出，水平移动机构9包括依次连接的平移组件9a、提升组件9b和夹爪组件9c，其中，夹爪组件9c用于托举样本架e，平移组件9a用于带动夹爪组件9c在样本架放置区a与托盘2a之间水平移动，提升组件9b用于带动夹爪组件9c上下提升运动。
43.在托盘组件2上预装3组样本架e，升降机构8驱动托盘组件2上下移动，使其中一层托盘2a与样本架放置区a等高齐平，然后平移组件9a带动夹爪组件9c移动至样本架e两端支耳e1的下方，提升组件9b带动夹爪组件9c向上运动，将样本架e提起，然后平移组件9a再带动夹爪组件9c移动至样本架放置区a，最后，提升组件9b带动夹爪组件9c向下运动即可将样本架e放在样本架放置区a。按照以上过程逆向工作，即可将样本架e从样本架放置区a转移至托盘2a上。所以，在升降机构8、托盘组件2以及水平移动机构9的协同作用下，分杯处理系统可实现自动更换样本架，使得分杯处理系统具有更高的工作效率。
44.进一步的，请参图6，上述平移组件9a包括固定装配在水平工作台1a上的基体9a1，基体9a1为长条形板状结构，其内侧滑动连接有支撑悬臂9a2，该支撑悬臂9a2与基体9a1之间设有皮带驱动组件9a3，皮带驱动组件9a3由依次连接的电机、皮带轮和皮带组成，支撑悬臂9a2与皮带的其中一侧固定连接，基于此，电机工作即可驱动支撑悬臂9a2沿基体9a1长度方向滑动。进一步的，为保证支撑悬臂9a2支撑的稳定性，支撑悬臂9a2与基体9a1之间设有两组导轨9a4，两组导轨9a4对称布置在基体9a1的宽度方向上。皮带布置在两组导轨9a4之间。
45.上述提升组件9b包括固定装配在支撑悬臂9a2远端的保持座9b5，夹爪组件9c上设有连接板9b3，连接板9b3通过两根导向柱9b6可上下滑动地装配在保持座9b5内，连接板9b3的中部嵌设有螺母套9b4，保持座9b5下端固设有提升电机9b1，提升电机9b1的输出轴上连接有螺杆9b2，该螺杆9b2与螺母套9b4螺纹连接。基于此，提升电机9b1工作即可驱动夹爪组件9c上下提升运动。
46.再如图5所示，在本实施例中，升降机构8具体包括固定架8a，固定架8a的一侧滑动装配有托盘支架8b，托盘支架8b能够相对于固定架8a沿高度方向滑动，固定架8a下部通过水平延伸板8d安装升降电机8c，升降电机8c用于驱动托盘支架8b上下滑动，托盘组件2固定装配在托盘支架8b上，基于此，升降电机8c工作即可驱动托盘组件2上下移动。升降电机8c驱动托盘支架8b上下移动的工作原理为丝杆螺母升降原理，其传动结构为现有成熟技术，此处不再进一步赘述。升降机构8具体安装实施时，固定架8a与水平工作台1a直接或间接固定连接。
47.再如图6所示，夹爪组件9c包括支撑板9c1以及垂直连接在支撑板9c1两端的夹臂9c2，夹臂9c2被构造成长方形板状结构，结合附图3和7可以看出，样本架e的两端设有向外延伸的支耳e1，在夹取样本架e时，夹臂9c2上端支撑在支耳e1下侧，此时，夹爪组件9c向上移动即可将样本架e向上提起。进一步的，夹臂9c2的上端设有定位凸起9c3，该定位凸起9c3与支耳e1上的定位孔e2相配合，一方面能够防止样本架转移过程中晃动，稳定性更好，另一方面能够保证每次放入系统的样本架e具有较高的位置精度，为了分杯处理系统的后续操作提供更好的基准保证。
48.请参图4所示，托盘2a的两端均安装有宽度限位片2b，宽度限位片2b上端和前端均设有向外倾斜的导向段2b1，宽度限位片2b的后端设有向内延伸的弯折部2b2，托盘2a在对应两组宽度限位片2b之间的区域设有定位槽2a1。如此设计，在预装样本架e时，能够很好地引导样本架e放置在定位槽2a1内，对于整个系统而言，相当于提供了一个准确的相对位置，能够保证夹臂9c2上的定位凸起9c3与样本架e的定位孔e2精准对接。进一步的，请参附图7，定位凸起9c3的上端为锥形结构，通过锥形结构引导定位凸起9c3进入定位孔e2内，能够保证定位凸起9c3主体部分与定位孔e2之间几乎无间隙，进一步提升样本架转移的稳定性和对接的精准性。同样的，为进一步保证样本架e在样本架放置区a放置的精准性，样本架放置区a也设置有定位槽和宽度定位板等结构。
49.再如图1所示，水平移动机构9将样本架e放置在样本架放置区a后，然后由开关盖装置5执行开盖和闭盖动作，移液装置6执行取液工作，以实现分杯处理，即：将样本管k内的样本转移至反应板m的孔洞中。
50.在本实施例中，开关盖装置5的具体实施结构如下：
51.请参图8和图9，开关盖装置5包括基座5a，基座5a上设有管盖抓取机构5c和管体夹持组件5d，其中，管盖抓取机构5c通过第一z轴模组5b可上下滑动地安装在基座5a一侧，管盖抓取机构5c用于夹持管盖g并能够驱动管盖g自转。管体夹持组件5d用于夹紧样本管的管体f，管体夹持组件5d与基座5a之间设有水平移动模组5e，水平移动模组5e用于驱动管体夹持组件5d沿水平方向移动，并能够使管体夹持组件5d驻停在管盖抓取机构5c下方。
52.基于以上结构，管盖抓取机构5c将样本管抓取后，水平移动模组5e驱动管体夹持组件5d向外移动自管盖抓取机构5c下方，然后第一z轴模组5b驱动管盖抓取机构5c向下移动，使样本管进入管体夹持组件5d的夹持范围内，管体夹持组件5d将管体f夹紧，最后管盖抓取机构5c旋转管盖g即可实现开盖。
53.将管体夹持组件5d和管盖抓取机构5c集成在一个模组上，管盖抓取机构5c将样本管抓取后，管体夹持组件5d仅需向外移动较小行程即可将管体夹住，对于分杯处理系统而言，这样的设置无疑具有更高的开关盖效率。因为现目前的管盖夹持结构和管体夹持结构没有设置在一起，具体为：管体夹持结构固定安装在分杯处理系统某一位置，不会随着管盖夹持结构一起移动，所以管盖夹持结构抓取样本管后，需要移动至管体夹持结构位置，该过程涉及的行程较远，无形中降低了开关盖效率。所以，管体夹持组件5d和管盖抓取机构5c集成在一个模组上，两者能够同时整体移动，具有更高的开关盖效率。
54.进一步的，请参图1，基座5a通过第一x轴模组3a滑动装配在第一承载板3上，纵向支撑架1b上设有第一y轴模组7a，用于驱动第一承载板3在y轴导轨7上滑动。基于此，第一x轴模组3a和第一y轴模组7a工作即可驱动开关盖装置5在x向和y向的移动。
55.在本实施例中，请参图8，管体夹持组件5d包括两组正对设置的夹持块5d3，两组夹持块5d3开合运动即可实现对管体f的夹紧和释放。两组夹持块5d3的开合运动可以采用电机控制，也可以采用气动、液压等方式控制。两组夹持块5d3的下方设置有托板5d2，上方设置有套板5d1，套板5d1上设有与管体f直径相适应的通孔i，管体夹持组件5d夹持样本管的过程中，管体f底部支撑在托板5d2上，管体f中部套在通孔i内，当管体夹持组件5d因意外断电而出现夹持力松懈时，样本管也能持续保持竖直姿态，不会发生管体倾斜、偏移或者向下掉落等情况。
56.进一步的，为了更稳定地支托管体f底部，在托板5d2的上部设有圆形槽h，该圆形槽h与管体f底部结构相适应，并且圆形槽h的中心线与通孔i的中心线共线。再如图8所示，管体夹持组件5d还具有支撑底板5d4，在本实施例中，托板5d2固定在支撑底板5d4前端下侧，支撑底板5d4前端开设有圆孔，该圆孔即托板5d2上部的圆形槽h。除此之外，支撑底板5d4的设置还有助于实现管体夹持组件5d与基座5a之间的滑动连接。
57.请参图9所示，基座5a包括竖直支撑板5a1和位于竖直支撑板5a1下端的支撑围框5a2，管盖抓取机构5c设置在竖直支撑板5a1一侧，支撑围框5a2内部具有容纳空间，管体夹持组件5d滑动设置在该容纳空间内。以上结构设计合理，既满足了各部分组件的运动需求，又保证了整体结构的紧凑性。
58.请参图9，在本实施例中，水平移动模组5e具体包括滑轨组件5e1、第二皮带轮组件5e2和皮带电机5e3，为方便装配，支撑围框5a2上部设有固定板5a3，第二皮带轮组件5e2和皮带电机5e3均装配在固定板5a3上，支撑底板5d4通过锁附块j与第二皮带轮组件5e2的皮带k固定连接。再结合附图4可以看出，滑轨组件5e1安装在支撑底板5d4与支撑围框5a2的底
部之间。基于此，皮带电机5e3工作即可驱动支撑底板5d4在支撑围框5a2内前后滑动，从而实现管体夹持组件5d的水平移动。
59.再如图10所示，管盖抓取机构5c包括爪部5c1和爪部驱动电机5c2，爪部5c1可张开或紧闭，用于从管盖g的外侧夹持管盖；爪部驱动电机5c2用于驱动爪部5c1张开或紧闭。爪部5c1包括至少两个沿竖直方向平行设置的指状件，指状件相互之间可以向中心靠拢或远离，从而实现对管盖的夹持或放松。管盖抓取机构5c内部还设有旋转电机，爪部5c1夹持管盖后，旋转电机工作即可驱动爪部5c1和管盖g整体旋转，从而实现拧盖操作。管盖抓取机构5c执行抓盖和拧盖的具体结构属于现有成熟技术，此处不再详细赘述。
60.再如图8所示，为提升效率，管盖抓取机构5c和管体夹持组件5d的数量均为两组，两组所述管盖抓取机构5c和两组所述管体夹持组件5d在竖直方向一一对应。为方便安装，两组所述管体夹持组件5d共用一块支撑底板5d4。为了稳定地夹持样本管，夹持块5d3采用金属材料制成，其内侧均为弧形结构，并覆盖有防滑层。
61.在本实施例中，移液装置6的具体实施结构如下：
62.请参图13所示，移液装置6的结构包括并排设置的第一安装板6a和第二安装板6b，第一安装板6a和第二安装板6b的前侧均设有移液器61，结合附图14和15可以看出，第一安装板6a的后侧设有第一滑块62，第二安装板6b的后侧设有第二滑块63，再结合附图16和17可以看出，第二承载板4上固设有第二x轴导轨4a，第一安装板6a通过第一滑块62装配在第二x轴导轨4a上，第二安装板6b通过第二滑块63装配在第二x轴导轨4a上，第二承载板4上设有第二x轴模组4b，用于驱动第一安装板6a和第二安装板6b同步滑动，设备基体1的纵向支撑架1b上设有第二y轴模组7b，用于驱动第二承载板4在y轴导轨7上滑动。基于此，第二x轴模组4b和第二y轴模组7b工作即可驱动移液装置6在系统x向和y向的移动。
63.请参图13，移液器61均通过第二z轴模组6d安装在第一安装板6a和第二安装板6b的前侧，第二z轴模组6d能够驱动移液器61沿着对应的安装板上下运动，从而方便在样本管内取液和向反应板m滴液。第二z轴模组6d采用常规的直线运动模组。在本实施例中，移液器61用于取液和滴液，其下端具有针头61a，系统运行过程中，针头61a套设一个tip头61b即可执行取液和滴液操作。移液器61利用tip头取液为现有成熟技术，其工作原理此处不再赘述。
64.再如图13所示，第一安装板6a与第二安装板6b之间设有驱动机构6c，驱动机构6c用于驱动第一安装板6a和第二安装板6b朝相互靠近或相互远离的方向移动，以此来改变两组移液器61之间的间距。在分杯处理系统中，相邻两根样本管在样本架e上的间距，大于相邻两个反应孔在反应板m上的间距，两组移液器在两根样本管内同时吸取样本溶液后，必须先控制其中一组移液器向反应孔滴液，然后再控制另外一组移液器向反应孔滴液，即两组移液器需单独执行滴液操作，分杯效率较低。所以，在驱动机构6c的驱动作用下，两组移液器61之间的间距可以调整，以此来适应两根样本管和两组反应孔之间的孔距差，使得移液装置6的两组移液器可以同步执行滴液操作，有助于提升系统的分杯效率。
65.再如图13所示，为方便设置驱动机构6c，在第一安装板6a后侧的上端固设有支架组件6a1，驱动机构6c包括均安装在支架组件6a1上的第一电机6c2和第一皮带轮组件6c1，第二安装板6b上端固设有转接块6b1，该转接块6b1与第一皮带轮组件6c1的皮带固定连接。基于此，第一电机6c2驱动第一皮带轮组件6c1转动，第一皮带轮组件6c1的皮带即可带动第
二安装板6b在第二x轴导轨4a上滑动，进而实现两组移液器61间距的调整。
66.请参图15，支架组件6a1由电机座u和从电机座u一端向外延伸的支撑片v组成，第一电机6c2安装在电机座u上，第一皮带轮组件6c1的其中一个带轮固套在第一电机6c2的输出轴上，另一个带轮转动安装在支撑片v远离电机座u的一端。如此设计，具有布局合理的优势，能够方便转接块6b1与皮带连接。在本实施例中，支撑片v的左端设有腰型孔v1，并通过该腰型孔v1与电机座u连接，如此设计，能够方便调节所述第一皮带轮组件6c1的皮带张紧力。
67.进一步的，电机座u右端还固定装配有向外延伸的光电传感器安装片w，光电传感器安装片w与转接块6b1正对设置，光电传感器安装片w上安装有两组光电传感器64，转接块6b1上设有与光电传感器64相适应的阻光片65，两组光电传感器64沿第二安装板6b的滑动方向分布，阻光片65到达两组光电传感器64的位置分别对应两组移液器61的最大间距和最小间距。将光电传感器安装片w和支撑片v分开设计，能够保证光电传感器安装片w具有相对稳定的位置关系，不会随着支撑片v的调节而发生变化，进而确保光电传感器64位置判断的精准性。
68.本发明提供的分杯处理系统的工作步骤如下：
69.1、请参图3，在升降机构8、托盘组件2以及水平移动机构9的协同作用下，将一组样本架e自动放置于样本架放置区a。
70.2、请参图10，开关盖装置5开始工作，水平移动模组5e先驱动管体夹持组件5d退回至收缩位置，然后在第一x轴模组3a、第一y轴模组7a和第一z轴模组5b的协同作用下，管盖抓取机构5c抓取样本管。
71.3、请参图11，水平移动模组5e驱动管体夹持组件5d移动至管盖抓取机构5c下方，然后第一z轴模组5b驱动管盖抓取机构5c向下运动，使样本管穿过套板5d1，并进入两组夹持块5d3之间，然后两组夹持块5d3将管体f夹紧。
72.4、管盖抓取机构5c内部的旋转电机驱动管盖g转动，从而完成开盖操作。
73.5、请参图12，水平移动模组5e继续驱动管体夹持组件5d向前移动，然后由移液装置6将管体f内的样本吸走，移液装置6移动至反应板m位置，将吸取的样本滴入反应板m的孔洞中。
74.6、水平移动模组5e驱动管体夹持组件5d回到管盖抓取机构5c下方，第一z轴模组5b驱动管盖抓取机构5c向下运动，管盖抓取机构5c内部的旋转电机驱动管盖g转动，完成闭盖操作。
75.7、管体夹持组件5d释放夹紧力，在第一x轴模组3a、第一y轴模组7a和第一z轴模组5b的协同作用下，管盖抓取机构5c将样本管放回至样本架10。
76.最后需要说明的是，上述描述仅仅为本发明的优选实施例，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不违背本发明宗旨及权利要求的前提下，可以做出多种类似的表示，这样的变换均落入本发明的保护范围之内。