一种前处理样品储存和管理装置的制作方法

本实用新型涉及仪器管控技术领域，特别涉及一种前处理样品储存和管理装置。

背景技术：

实验室的样品管种类繁多，经常使得实验室呈现出一种杂乱的状况，所以对于实验室人员来说，如何系统地储存和管理各种样品管是一件迫切需要解决的事。

传统管控都是依靠“纯人工”的方式，实验室人员手动将实验室标准管架摆放到管架托板上，但传统实验室标准管架没有标识记录，需要人工标识记录样品批次等信息，因此人工操作过程容易出现以下问题，样品上机操作(前处理设备，分析设备)需要人工加载，很不方便；过程状态以及样品处理信息需要实时记录；在处理大批量的样品时，操作此过程繁琐，容易出现管架摆放错误和记录错误，准确度较低。

随着科技的快速发展，用于自动化管理仪器的设备已然出现，其包括信息管理计算机、管架、三轴机械手，先通过信息管理计算机录入管架的信息备注，再采用三轴机械手配合软件系统设定操作顺序，对管架的样品管进行搬运操作，虽然该设备自动化程度很高，但这种“纯自动化”方式却容易出现以下问题，对于已经处于完成状态的样品管架，不能实时取出和更换，需要等待其它样品管架都处于完成状态，才能进行更换，效率低，不方便；没有对应的检测和识别装置，容易出现样品管架位置摆放错误或者漏摆现象，导致管架和三轴机械手碰撞。

鉴于上述“纯人工”和“纯自动化”方式都存在明显的不足之处，本案由此而生。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种前处理样品储存和管理装置,实时跟踪样品状态，大大提高前处理样品的灵活性和准确性。

为达成上述目的，本实用新型的解决方案为：一种前处理样品储存和管理装置，包括：

管架托板，所述管架托板上设有多个工位凹槽、指标灯和感应电路板，每个工位凹槽的槽底在末端处均设置感应电路板，每个工位凹槽的槽口均设置指标灯，所述指标灯连接感应电路板，所述指标灯包含绿色、红色、黄色三种颜色变化以及闪烁、长亮两种状态变化；

样品管架，所述样品管架上开设管孔，所述样品管架标有样品信息；

三轴机械手，所述三轴机械手设有依次连接的控制机构、运动机构和夹持部，所述样品管架放置于夹持部，所述夹持部上设有扫描传感器和管架传感器，所述扫描传感器与所述样品信息感应，所述管架传感器与样品管架感应；

电子扫描器，所述电子扫描器扫描样品信息；

信息管理计算机，所述信息管理计算机连接所述电子扫描器、感应电路板、控制机构、扫描传感器和管架传感器；

机架，所述管架托板和三轴机械手安装在机架上，所述机架搭载电机，电机连接所述三轴机械手和信息管理计算机。

优选的，所述样品管架设有外凸缘，所述样品管架放置在夹持部中，且所述外凸缘抵靠在夹持部上方，所述外凸缘两侧开设有竖槽，所述夹持部在对应竖槽的位置设有与竖槽配合的卡块。

优选的，所述夹持部包括安装座和两根悬臂，所述安装座安装在运动机构上，所述安装座上竖直开设上安装槽和下安装槽，上安装槽和下安装槽分别安装扫描传感器和管架传感器，所述安装座的两侧各连接一根悬臂，所述两根悬臂均朝向工位凹槽，所述扫描传感器与样品信息平齐对应。

优选的，所述运动机构主要由x轴移动副、y轴移动副和z轴移动副组成，所述x轴移动副安装在机架上，所述z轴移动副连接在x轴移动副上，所述y轴移动副连接在z轴移动副上，所述夹持部连接在y轴移动副上。

优选的，所述移动副采用滑动导轨式移动副。

优选的，所述样品信息包含样品类型、存放位置以及样品管所需要执行的操作。

优选的，所述样品信息以条形码、二维码、图片方式呈现。

优选的，所述电子扫描器为扫码器。

优选的，还包括蜂鸣器，所述蜂鸣器安装并连接信息管理计算机。

采用上述方案后，本实用新型通过电子扫描器扫描样品管架上的样品信息传送到信息管理计算机自动完成样品信息录入，又能通过感应电路板实时将样品管架的位置信息传送到信息管理计算机，信息管理计算机将样品信息与工位凹槽的位置信息一一对应关联，自动完成数据配对，实时跟踪样品管架的管理状态，又通过三轴机械手可以完成自动取放功能，与人工管理方式相比，操作更方便、数据准确度高，在实时管理样品管架状态的情况下，与纯自动管理方式相比，通过指标灯的状态及颜色变化，能够时刻提醒操作人员及时获取管理状态，并能在样品信息和安放位置出现错误时，避免了自动执行过程中样品管架摆放错误而导致的执行故障，提高了系统可靠性，也提高了自动执行过程的效果以及灵活性；为了避免样品信息录入和取出的不匹配，本实用新型特别设计对当前样品信息状态的核对功能，克服在前一工序中，由于操作人员失误而导致样品信息制作错误的问题，提高系统的正确性，同时也避免重复的人工加载操作，此外，当某些样品管架准确储存并处于完成状态时，操作人员可通过信息管理计算机与感应电路板之间的连接获取完成的样品管架的状态信息，针对这些样品管架，操作人员可通过信息管理计算机向三轴机械手发送取出信号，从而在还有未完成样品管架需要储存的前提下，可以对已完成状态的样品管架的取出，达到无需等待全部样品管架完成储存才能操作已完成的样品管架的效果，提高了工作效率和装置的灵活性。

附图说明

图1是本实用新型一实施例的整体结构示意图。

图2是本实用新型一实施例三轴机械手将样品管架安放于管架托板的结构示意图。

图3是本实用新型一实施例管架托板的结构示意图。

图4是本实用新型一实施例各种规格的样品管架的结构示意图。

图5是本实用新型一实施例三轴机械手的结构示意图。

图6是本实用新型一实施例样品管架放置于夹持部的结构示意图。

图7是本实用新型一实施例夹持部的结构示意图。

图8是本实用新型一实施例取出操作的程序框图。

图9是本实用新型一实施例储存操作的程序框图。

图10是本实用新型一实施例再储存操作的程序框图。

标号说明：

管架托板1，工位凹槽11，指标灯12，感应电路板13，样品管架2，管孔21，样品信息22，外凸缘23，竖槽24，三轴机械手3，运动机构31，x轴移动副311，y轴移动副312，z轴移动副313，夹持部32，安装座321，悬臂322，卡块323，扫描传感器324，管架传感器325，电子扫描器4，机架5，样品管6。

具体实施方式

以下结合附图及具体实施例对本实用新型做详细的说明。

本实用新型提供一种前处理样品储存和管理装置，包括管架托板1、样品管架2、三轴机械手3、电子扫描器4、信息管理计算机(图中未示出)、机架5和蜂鸣器(图中未示出)，如图1所示。

如图2和图3所示，所述管架托板1上设有多个工位凹槽11、指标灯12和感应电路板13，每个工位凹槽11的槽底在末端处均设置感应电路板13，每个工位凹槽11的槽口均设置指标灯12，所述指标灯12连接感应电路板13，所述指标灯12包含绿色、红色、黄色三种颜色变化以及闪烁、长亮两种状态变化。

如图4所示，所述样品管架2的规格可根据不同规格的样品管6设置，所述样品管架2上开设管孔21用于样品管6置入，所述样品管架2标有样品信息22，所述样品信息22以条形码、二维码、图片方式呈现，样品信息22包含样品类型、存放位置以及样品管所需要执行的操作。

如图5至图7所示，所述三轴机械手3设有依次连接的控制机构(图中未示出)、运动机构31和夹持部32，所述样品管架2放置于夹持部32，所述夹持部32上设有扫描传感器324和管架传感器325，所述扫描传感器324与所述样品信息22感应，所述管架传感器325与样品管架2感应。

在一实施例中，所述夹持部32包括安装座321和两根悬臂322，所述安装座321安装在运动机构31上，所述安装座321上竖直开设上安装槽和下安装槽，上安装槽和下安装槽分别安装扫描传感器324和管架传感器325，所述安装座321的两侧各连接一根悬臂322，两根悬臂322悬臂322平行，且均朝向工位凹槽11，所述样品管架2设有外凸缘23，两个悬臂322之间供样品管架2嵌入，且所述外凸缘23抵靠在悬臂322上方，所述外凸缘23两侧开设有竖槽24，所述悬臂322在对应竖槽24的位置设有与竖槽24配合的卡块323。夹持部32去夹持样品管架2的过程为，悬臂322沿外凸缘23下方穿过，夹持在样品管架2两侧，直到悬臂322上的卡块323位于竖槽24的位置时，运动机构31带动悬臂322向上移动，使卡块323卡入竖槽24中，然后悬臂322再原路将样品管架2取出。样品管架2在悬臂322上时，所述扫描传感器324与样品信息22平齐对应，扫描传感器324就可以感应到样品信息22。同理地，已安放样品管架2的夹持部32移动到工位凹槽11的位置，夹持部32向下移动将样品管架2置入工位凹槽11后，夹持部32还需要再向下移动，待卡块323脱离竖槽24，夹持部32方可复位。

本案采用较为简单的运动机构31结构来驱使夹持部32移动，所述运动机构31主要由x轴移动副311、y轴移动副312和z轴移动副313组成，所述x轴移动副311安装在机架5上，所述z轴移动副313连接在x轴移动副311上，所述y轴移动副312连接在z轴移动副313上，所述夹持部32连接在y轴移动副312上。在一实施例中，所述移动副采用滑动导轨式移动副，移动副还比如有滚动导轨式移动副，这可根据需求进行采用。

所述电子扫描器4扫描样品信息22，所述电子扫描器4为扫码器。

所述信息管理计算机连接所述电子扫描器4、感应电路板13、控制机构、扫描传感器324和管架传感器325；所述管架托板1和三轴机械手3安装在机架5上，所述机架5搭载电机，电机连接所述三轴机械手3和信息管理计算机。

所述蜂鸣器安装并连接信息管理计算机，当指标灯12显示红色时，蜂鸣器报警。

本实用新型还提供一种前处理样品储存和管理方法，包括样品管架2的取出操作、储存操作以及再储存操作，储存操作包括以下步骤：

首先，启动信息管理计算机，操作人员通过电子扫描器4扫描样品信息22并传送到信息管理计算机完成自动录入后，将样品管置入样品管架2上的管孔21中，待置入完毕，再将样品管架2放置在三轴机械手3的夹持部32上，此时，夹持部32上的管架传感器325感应到样品管架2已放置完成，管架传感器325向信号管理计算机发送放置完成信号，信号管理计算机接收该放置完成信号后，信号管理计算机为放置完成的样品管架2分配对应的管架托板1上的工位凹槽11，该工位凹槽11的指标灯12显示黄色闪烁，同时，扫描传感器324感应样品管架2上的样品信息22并与电子扫描器4扫描的样品信息22进行核对比较，当信息符合时，所对应的工位凹槽11的指标灯12显示黄色长亮，当信息不符合时，所对应的工位凹槽11的指标灯12显示红色长亮，蜂鸣器报警，信息管理计算机提示信息有误和提示对应管架托板1的位置，需要人工调整；

只有当信息符合时，信号管理计算机才向三轴机械手3的控制机构发送储存信号，控制机构接收该储存信号后，控制机构驱动运动机构31三维运动带动夹持部32上的样品管架2向对应的工位凹槽11移动；

接着，样品管架2移动到工位凹槽11上方，夹持部32向下移动，使样品管架2安放在工位凹槽11中，三轴机械手3复位，最后，感应电路板13感应样品管架2是否安放到位，若安放不到位或错误时，所对应的工位凹槽11的指标灯12显示红色长亮，蜂鸣器报警，信息管理计算机提示信息有误和提示对应管架托板1的位置，需要人工调整，当调整到正确位置时，提示信息解除，若安放正确时，所对应的工位凹槽11的指标灯12显示绿色长亮，储存完毕，可允许操作人员继续储存样品管架2和取出样品管架2，并重复上述步骤；若所述感应电路板13感应样品管架2离开工位凹槽11，且所述三轴机械手3未收到取出信号时，则信息管理计算机认定是人为取出样品管架2，指标灯12显示为红色闪烁，蜂鸣器报警，信息管理计算机自动提示信息有误和提示对应管架托板1的位置。

本实用新型通过电子扫描器扫描样品管架上的样品信息传送到信息管理计算机自动完成样品信息录入，又能通过感应电路板实时将样品管架的位置信息传送到信息管理计算机，信息管理计算机将样品信息与工位凹槽的位置信息一一对应关联，自动完成数据配对，实时跟踪样品管架的管理状态。

取出操作包括以下步骤：

首先，启动信息管理计算机，操作人员通过电子扫描器4扫描样品信息22并传送到信息管理计算机完成自动录入后，将样品管6置入样品管架2上的管孔21中，待置入完毕，再将样品管架2摆放到任一管架托板1的工位凹槽11上，工位凹槽11的感应电路板13感应样品管架2的位置信息，信号管理计算机为放置完成的样品管架2分配需要对应的管架托板1上的工位凹槽11，该工位凹槽11的指标灯12显示黄色闪烁，信号管理计算机向三轴机械手3的控制机构发送取出信号，控制机构接收该取出信号，若取出信号不包含样品管架2的位置信息，则三轴机械手3三维运动带动夹持部32逐一取出样品管架2，若取出信号包含样品管架2的位置信息，则三轴机械手3三维运动带动夹持部32将所需样品管架2从工位凹槽11中取出，当样品管架2被取出后，所对应的工位凹槽11的指标灯12显示为黄色长亮，此时，夹持部32上的扫描传感器324感应样品管架2上的样品信息22并与信息管理计算机的样品信息22进行核对比较，当信息符合时，所对应的工位凹槽11的指标灯12显示绿色长亮，取出完毕，当信息不符合时，所对应的工位凹槽11的指标灯12显示红色长亮，信息管理计算机提示取出管架信息有误和提示对应管架托板1的位置，此时信息管理计算机向三轴机械手3发送复位信号，三轴机械手3接收复位信号，将取出的错误样品管架2归位，提示信息解除。

所述储存操作包括以下步骤：

当样品管架2被取出后，夹持部32上的管架传感器325感应到样品管架2夹持完成，管架传感器325向信号管理计算机发送夹持完成信号，信号管理计算机接收该夹持完成信号后，信息管理计算机向三轴机械手3的控制机构发送储存信号，控制机构接收储存信号，接着，三轴机械手3带动样品管架2移动到对应的工位凹槽11上方，夹持部32向下移动，使样品管架2安放在工位凹槽11中，三轴机械手3复位，最后，感应电路板13感应样品管架2是否安放到位，若安放不到位或错误时，所对应的工位凹槽11的指标灯12显示红色长亮，信息管理计算机提示信息有误和提示对应管架托板1的位置，需要人工调整，当调整到正确位置时，提示信息解除，若安放正确时，所对应的工位凹槽11的指标灯12显示绿色长亮，储存完毕；储存完毕后，可允许操作人员继续储存样品管架2，重复上述操作即可，也可以人为取出，若所述感应电路板13感应样品管架2离开工位凹槽11，且所述三轴机械手3未收到取出信号时，则信息管理计算机认定是人为取出样品管架2，指标灯12显示为红色闪烁，信息管理计算机自动提示请核对操作是否符合人为操作，并提示对应管架托板1的位置。

本实用新型通过三轴机械手可以完成自动取放功能，与纯人工管理方式相比，操作更方便、数据准确度高，在实时管理样品管架状态的情况下，与纯自动管理方式相比，通过指标灯的状态及颜色变化，能够时刻提醒操作人员及时获取管理状态，并能在样品信息和安放位置出现错误时，避免了自动执行过程中样品管架摆放错误而导致的执行故障，提高了系统可靠性，也提高了自动执行过程的效果以及灵活性。

再储存操作包括以下步骤：

当被人工取出的样品管架在其它设备上完成相关的工序，需要再储存回所对应的工位凹槽11时，将样品管架2放置在管架托板的任意工位凹槽中，三轴机械手执行取出操作，夹持部32的扫描传感器324感应样品管架2上的样品信息22并与信息管理计算机的样品信息22进行核对比较，当信息符合时，所对应的工位凹槽11的指标灯12显示黄色长亮，信息管理计算机显示样品管架2回归到对应的工位凹槽，直到样品管架2归位，所对应的工位凹槽11的指标灯12显示绿色长亮，再储存完毕，当信息不符合时，所对应的工位凹槽11的指标灯12显示红色长亮，蜂鸣器报警，信息管理计算机提示信息有误和提示对应管架托板1的位置，需要人工调整，当调整到正确位置时，提示信息解除。

从上述操作过程可以看到，为了避免样品信息录入和取出的不匹配，本实用新型特别设计对当前样品信息状态的核对功能，克服在前一工序中，由于操作人员失误而导致样品信息制作错误的问题，提高系统的正确性，同时也避免重复的人工加载操作，此外，当某些样品管架准确储存并处于完成状态时，操作人员可通过信息管理计算机与感应电路板之间的连接获取完成的样品管架的状态信息，针对这些已完成状态的样品管架，操作人员可人工取出(信息管理计算机提示操作人员请核对操作是否符合人工操作)，从而在还有未完成样品管架需要储存的前提下，达到无需等待全部样品管架完成储存才能操作已完成的样品管架的效果，提高工作效率和灵活性。

指标灯的颜色变化以及状态变化具体详见下表。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并非对本案设计的限制，凡依本案的设计关键所做的等同变化，均落入本案的保护范围。