具有物流机器人系统的微生物工作站的制作方法

1.本实用新型涉及一种微生物工作站，特别是涉及一种具有物流机器人系统的微生物工作站。


背景技术：

2.微生物工作站通常会进行一些对样本管移液、扫码、贴码等操作，还有对培养皿转运等操作。在进行上述操作时，需用到各种耗材，且涉及到对耗材及样本的转运工作。现有技术中微生物工作站在进行上述转运工作时，通常利用设置的各种轨道式输送机、皮带式输送机或辊筒式输送机输送耗材、样本等。为实现不同的转运需求，工作站通常会设置多种输送机，结构复杂，转运方式不灵活，转运效率较低，进而导致现有技术中微生物工作站工作效率较低。


技术实现要素：

3.鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型要解决的技术问题在于提供一种能提高工作效率的具有物流机器人系统的微生物工作站。
4.为实现上述目的，本实用新型提供一种具有物流机器人系统的微生物工作站，包括工作站平台、位于工作站平台上的移动机器人、及设置在工作站平台的桌面上的站点位置标识，所述移动机器人能承载物品、并能沿工作站平台的桌面行驶，所述站点位置标识包含有位置信息，且所述移动机器人能识别站点位置标识所包含的位置信息。
5.进一步地，所述站点位置标识包括包含有位置信息的二维码。
6.进一步地，所述工作站平台上设有无线充电站，所述无线充电站具有无线充电发射器，所述移动机器人包括无线充电接收器及与无线充电接收器电性连接的电池，所述无线充电接收器能与无线充电发射器构成无线充电系统。
7.进一步地，所述移动机器人包括视觉定位模块，所述视觉定位模块能识别站点位置标识所包含的位置信息。
8.进一步地，所述视觉定位模块包括相机模组及照明灯，所述照明灯用于照射桌面上的站点位置标识。
9.进一步地，所述视觉定位模块还包括反射棱镜，所述反射棱镜用于将站点位置标识反射的光线反射至相机模组。
10.进一步地，所述移动机器人包括车体、安装在车体上的伺服驱动轮及安装在车体上的伺服电机，所述伺服电机能驱动伺服驱动轮转动。
11.进一步地，所述移动机器人包括两个所述伺服驱动轮，所述伺服电机通过双轮差速传动机构驱动两个伺服驱动轮转动。
12.进一步地，所述工作站平台上安装有定位挡块，所述定位挡块用于与移动机器人相抵靠。
13.进一步地，所述工作站平台的下料区设置有多个所述定位挡块，下料区的全部定
位挡块能将移动机器人夹持住。
14.如上所述，本实用新型涉及的微生物工作站，具有以下有益效果：
15.本微生物工作站，通过在工作站平台上设置移动机器人，在工作过程中，利用移动机器人转运吸头盒、储液槽、样本试管架等器材，同时，在工作站平台的桌面上设置站点位置标识，移动机器人在行驶中通过识别站点位置标识获取位置信息，从而能准确将器材转移至设定位置，此种利用移动机器人转运器材方式，有效提高了转运效率，进而提高了本微生物工作站的工作效率。且此种设计，也简化了微生物工作站的结构，无需设计各种复杂的转移结构，使得本微生物工作站整体结构更加简化，易于维护等。
附图说明
16.图1为本实用新型实施例中移动机器人在工作站平台上行驶的示意图。
17.图2为本实用新型实施例中移动机器人的结构示意图。
18.图3为本实用新型实施例中移动机器人的爆炸示意图。
19.图4为本实用新型实施例中二维码坐标点编号示意图。
20.图5为本实用新型实施例中apriltag码分布位置示意图。
21.图6为本实用新型实施例中微生物工作站进行移液操作示意图。
22.图7为本实用新型实施例中微生物工作站进行贴码扫码操作示意图。
23.图8为本实用新型实施例中微生物工作站进行菌落总数实验示意图。
24.元件标号说明
[0025]1ꢀꢀꢀꢀꢀ
工作站平台
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
273
ꢀꢀ
核心控制板
[0026]2ꢀꢀꢀꢀꢀ
移动机器人
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ3ꢀꢀꢀꢀ
站点位置标识
[0027]
21
ꢀꢀꢀꢀ
无线充电接收器
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ4ꢀꢀꢀꢀ
无线充电站
[0028]
22
ꢀꢀꢀꢀ
电池
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ5ꢀꢀꢀꢀ
定位挡块
[0029]
23
ꢀꢀꢀꢀ
视觉定位模块
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
61
ꢀꢀꢀ
吸头盒
[0030]
231
ꢀꢀꢀ
相机模组
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
62
ꢀꢀꢀ
储液槽
[0031]
233
ꢀꢀꢀ
反射棱镜
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
63
ꢀꢀꢀ
样本试管架
[0032]
24
ꢀꢀꢀꢀ
车体
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
631
ꢀꢀ
样本试管
[0033]
25
ꢀꢀꢀꢀ
伺服驱动轮
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ7ꢀꢀꢀꢀ
三轴平台xyz直角坐标机械手
[0034]
26
ꢀꢀꢀꢀ
脚轮
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
81
ꢀꢀꢀ
贴标机
[0035]
271
ꢀꢀꢀ
驱动控制板
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
82
ꢀꢀꢀ
扫码相机
[0036]
272
ꢀꢀꢀ
电源板
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
84
ꢀꢀꢀ
培养皿自动定量下料机
具体实施方式
[0037]
以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效。
[0038]
须知，本说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容所能
涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等用语，亦仅为便于叙述明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。
[0039]
如图1至图8所示，本实施例提供一种具有物流机器人系统的微生物工作站，包括工作站平台1、位于工作站平台1上的移动机器人2、及设置在工作站平台1的桌面上的站点位置标识3，移动机器人2能承载物品、并能沿工作站平台1的桌面行驶，站点位置标识3包含有位置信息，且移动机器人2能识别站点位置标识3所包含的位置信息。本微生物工作站，通过在工作站平台1上设置移动机器人2，在工作过程中，利用移动机器人2转运吸头盒61、储液槽62、样本试管架63等器材，同时，在工作站平台1的桌面上设置站点位置标识3，移动机器人2在行驶中通过识别站点位置标识3获取位置信息，从而能准确将器材转移至设定位置，此种利用移动机器人2转运器材方式，有效提高了转运效率，进而提高了本微生物工作站的工作效率。且此种设计，也简化了微生物工作站的结构，无需设计各种复杂的转移结构，使得本微生物工作站整体结构更加简化，易于维护等。
[0040]
如图1所示，本实施例中工作站平台1上的各个工作站点处粘贴有不同的站点位置标识3，不同的站点位置标识3分别包含有不同的位置信息。移动机器人2在工作站平台1的桌面上行驶过程中，通过识别不同的站点位置标识3，获取其行驶的位置信息，实现在工作站平台1上的全局定位。站点位置标识3包括包含有位置信息的二维码。
[0041]
如图1和图2所示，本实施例中工作站平台1上的桌面站点处设有无线充电站4，无线充电站4具有无线充电发射器，移动机器人2包括无线充电接收器21及与无线充电接收器21电性连接的电池22，无线充电接收器21能与无线充电发射器构成无线充电系统。当移动机器人2电量达到预警值，移动机器人2移动至无线充电站4时，移动机器人2的无线充电接收器21与无线充电发射器构成无线充电系统，此时通过该无线充电系统能自动向电池22进行无线充电。本实施例中无线充电站4设定在工作站平台1桌面指定的一个工位处，无线充电发射器预设在该工位下面。
[0042]
如图2和图3所示，本实施例中移动机器人2包括视觉定位模块23，视觉定位模块23能识别站点位置标识3所包含的位置信息。视觉定位模块23包括相机模组231及照明灯，照明灯用于照射桌面上的站点位置标识3。视觉定位模块23还包括反射棱镜233，反射棱镜233用于将站点位置标识3反射的光线反射至相机模组231。本实施例利用反射棱镜233改变相机光路的作用，使得本实施例中相机模组231中的相机能够平装，降低了移动机器人2的整体高度，进而也使得本移动机器人2的运行稳定性更高。具体地，照明灯照射桌面上的二维码，保证二维码拍摄时具有一定的亮度。反射棱镜233将光路四十五度反射至相机模组231，足够的反射光路长度保证了相机模组231最小的拍摄距离。本实施例中视觉定位模块23采用了反射棱镜233反射光路方法，缩小了移动机器人2的高度。本实施例对每个工位标记了一组二维码，每一组二维码由九个apriltag码组成，呈九宫格布置，形成站点位置标识3，以保证移动机器人2移动至工作站点时，能顺利、准确拍摄到该站点位置标识3。反射棱镜233将二维码图像做了上下镜像，因此在九宫格二维码中，每一个二维码都做上下镜像处理，九宫格从上到下，从左往右apriltag码的id依次为a7、a8、a9、a4、a5、a6、a1、a2、a3，如图5所示。
[0043]
具体地，本实施例中机器人视觉定位方案中，定义方形二维码四个角点的坐标编
号如图4所示，视觉定位模块23检测到二维码得到四个坐标分别表示为：p1(p
1x
,p
1y
)，p2(p
2x
,p
2y
)，p3(p
3x
,p
3y
)，p4(p
4x
,p
4y
)。二维码角度计算方式为：
[0044][0045]
编号a5的二维码中心点像素在其他二维码的坐标系中的坐标变换：
[0046][0047]
上式中，当二维码编号i＝a1,a4,a7，α＝1，当编号i＝a2,a5,a8，α＝0，当编号i＝a3,a6,a9，α＝-1；当二维码编号i＝a1,a2,a3，β＝1，当编号i＝a4,a5,a6，β＝0，当编号i＝a7,a8,a9，β＝-1；218.7和207.7分别是九宫格式的二维码之间的横向和纵向间隔距离。
[0048]
九宫格中心二维码所在像素变换到像素坐标系的变换为：
[0049][0050]
上式中，x,y分别是检测到二维码像素坐标，θ是检测到的二维码角度。
[0051]
将图像坐标系变换到视觉相机中心点坐标系：
[0052][0053]
上式中，iw,ih分别是图像宽度和图像高度。
[0054]
将上述坐标系变换到车体坐标系，车体坐标系x坐标向上，y坐标向左：
[0055][0056]
通过计算连乘公式(5)(4)(3)(2)得到二维码在移动机器人坐标系下的坐标。再加上二维码的绝对坐标，最终可得到移动机器人2在桌面绝对参考系下的坐标值。
[0057]
如图2所示，移动机器人2包括车体24、安装在车体24上的伺服驱动轮25及安装在车体24上的伺服电机，伺服电机能驱动伺服驱动轮25转动，从而带动车体24行驶。此种驱动形式能保证移动机器人2行驶稳定性更高。移动机器人2包括两个伺服驱动轮25，伺服电机通过双轮差速传动机构驱动两个伺服驱动轮25转动。本实施例中移动机器人2为双轮差速机器人。双轮差速传动机构包括锥齿轮，两个伺服驱动轮25分别安装在车体24的左右两侧边。伺服电机通过锥齿轮将力矩传递给两个伺服驱动轮25，该两个伺服驱动轮25起主动轮作用。本实施例中移动机器人2还包括4个脚轮26，该4个脚轮26分别布置在车体24的四个角处。脚轮26可以绕车体24的中心轴任意旋转，起到对车体24支撑的作用。
[0058]
如图2所示，本实施例中移动机器人2还包括驱动控制板271、电源板272、及核心控制板273。本实施例中驱动控制板271实现对伺服驱动轮25的驱动控制，核心控制板273搭载
4核a73处理器，用于运行核心控制系统，电源板272将电池22输出的电源降压给核心控制板273供电。本实施例中驱动控制板271、电源板272、及核心控制板273构成移动机器人2的控制单元，视觉定位模块23与移动机器人2的控制单元通信连接，控制单元根据视觉定位模块23反馈的位置信息，控制伺服驱动轮25的运转状态，实现移动机器人2自动驾驶。
[0059]
如图6和图7所示，本实施例中工作站平台1上的下料区处安装有定位挡块5，定位挡块5用于与移动机器人2相抵靠，实现对移动机器人2的精确定位。本实施例中工作站平台1的下料区设置有多个定位挡块5，下料区的全部定位挡块5能将移动机器人2夹持住。具体地，每个下料区处设有4个定位挡块5，当移动机器人2运送器材至下料区时，四个方向上的定位挡块5从工作站平台1底部弹出，夹住移动机器人2，可以微调移动机器人2的位置，随后执行器材精准下料。本实施例中工作站平台1的下料区处设有带有弹性元件的翻转驱动单元，当移动机器人2行驶至该下料区时，该翻转驱动单元驱动呈平置状态的定位挡块5翻转式弹出，直至定位挡块5翻转至竖直状态，且4个定位挡块5均呈翻转式弹出，分别与移动机器人2的4个侧壁相抵靠，实现对移动机器人2的定位，此种利用多个定位挡块5、从不同方向翻转弹出夹持移动机器人2进行定位的方式，在移动机器人2所停位置即使存在一定误差的情况下，也能将移动机器人2调整至准确位置。而当移动机器人2需要驶离时，翻转驱动单元将会驱动定位挡块5反向翻转，直至定位挡块5呈水平状态，并与工作站平台1齐平，移动机器人2就能顺利驶离。
[0060]
本实施例中微生物工作站具有桌面级物流机器人系统，可应用于生物监测技术领域，以解决各类微生物工作站中复杂的物流操作，种类繁多的工作站难以快速实现功能整合以构建大型工作流水线的问题。本实施例微生物工作站包括多个移动机器人2及多个站点位置标识3。全部站点位置标识3分布在不同位置处，且分别包含不同的位置信息，移动机器人2通过识别不同的站点位置标识3获取不同的位置信息，并依此获取该移动机器人2所在位置信息。且本实施例中微生物工作站，利用多个移动机器人2分别搬运培养皿、吸头盒61、储液槽62等器、耗材，与机械臂协同，实现对试管的贴码、扫码，对培养皿的下料、以及实现快速移液、更换吸头等操作，使得本微生物工作站更灵活实现各类实验操作，在构建微生物流水线方面具有更强大的优势。具体地，本实施例的移动机器人2上方可安装用于装载吸头盒61、储液槽62等的治具，安装有治具的移动机器人2在微生物工作站中可用于搬运专门的器具、耗材。移动机器人2在吸头盒61移液操作中，装载吸头盒61至机械手下方，配合机械手执行快速移液操作。移动机器人2上方装载进料的样本试管架63，配合三轴平台xyz直角坐标机械手7，实现对样本试管631的贴码扫码。移动机器人2在菌群总数培养实验中，用于将培养基搬运至其他储存站点。本实施例中移动机器人2通过在其上方安装的治具来固定相应器材等。由于微生物工作站的器具、耗材种类繁多，可在移动机器人2上安装各类针对性的治具，方便运载更多种类的器、耗材。本实施例中桌面级物流机器人系统在微生物工作站中具有较广泛的使用场景。本实施例通过引入桌面级物流机器人系统，可快速定制微生物工作站的实验任务，可满足尽可能多的微生物实验项目，以期满足越来越多的实验需求。
[0061]
如图6所示，本实施例利用移动机器人2进行移液操作具体过程为：三轴平台xyz直角坐标机械手7末端安装有电动移液枪，装载有吸头盒61的移动机器人2运动到三轴平台xyz直角坐标机械手7下方，定位挡块5弹出，对移动机器人2做精准定位。装载有储液槽62的移动机器人2同样运动到三轴平台xyz直角坐标机械手7的操作区域下，三轴平台xyz直角坐
标机械手7运动到吸头盒61正上方，选择吸头盒61中的移液吸头并自动装载吸头，三轴平台xyz直角坐标机械手7移动到储液槽62的上方，进行移液操作。
[0062]
如图7所示，本实施例移动机器人2对样本试管631进行贴码扫码操作过程为：移动机器人2装载有样本试管架63，运动到三轴平台xyz直角坐标机械手7的操作工位，定位挡块5打开，对移动机器人2做精准定位。机械手末端安装有抓取试管的电动夹爪，机械手抓取样本试管631，转移到贴标机81处，释放样本试管631，贴标机81自动贴码，机械手抓取样本试管631，并将样本试管631移至扫码相机82处，旋转样本试管631，直至扫码相机82扫描到条码，可实现对样本试管631的扫码操作。
[0063]
如图8所示，本实施例在菌群总数培养实验中利用移动机器人2进行实验过程中，移动机器人2在工作站平台1中运动到培养皿自动定量下料机84下方，自动定量下料机84下料培养皿，装载下料的培养皿，移动机器人2可以移载至其他工位，实现菌群总数实验的进一步自动化操作。
[0064]
本实施例中微生物工作站借助桌面级物流机器人系统，可实现快速部署微生物工作站各类实验工作，有助于快速构建实验流水线；桌面级物流机器人系统能够适应各类器、耗材转运搬运操作，并行化的多机器人物流系统加速微生物实验的效率；桌面级物流机器人成本低廉，能够做到大量部署。
[0065]
综上所述，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
[0066]
上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。