自动化样品离心处理系统及方法与流程

1.本发明涉及自动化样品处理技术领域，特别涉及一种自动化样品离心处理系统及方法。


背景技术：

2.离心是用于分离、制备各种生物类样品的一种基本方法，通常使用离心机实现。常见的样品类型包括细胞、病毒、蛋白、血液等。一些生物医药制品的生产领域(例如生物制药、疫苗生产、血浆制备等)处理的样品量非常大，需要使用大容量的离心机。这些领域为了满足样品处理通量的需求，一般都会配备许多台离心机同时工作。
3.样品必须经过配平才可以使用离心机进行离心处理。所谓配平，是确保离心机内的样品重量分布均匀。离心机对样品施加离心力的同时，样品也会对离心转轴施加反力。只有样品重量分布均匀，离心机转轴受到的合力才会为零；否则，离心转轴会在高速旋转的同时，受到弯曲力的作用。离心机在没有配平的情况下工作，轻则发生转轴磨损、弯曲，重则报废机器，甚至造成人员伤亡。最基本的配平方法，是将重量相同的样品成对放入离心机内对称的位置(吊舱)。样品重量不相同的，可以在重量轻的一侧吊舱内加入水、砝码、塑料片等。
4.规范化的样品离心机处理，会涉及到样品信息录入、样品重量配平、样品装入取出、离心转速时间等参数的设定。如果要处理大批量样品，这些操作会变得非常繁琐，人员长期操作会容易出错。
5.现有的离心机基本上为半自动设备，需要人工配平、设定离心参数、开关离心机仓门等操作。所以现在有必要对现有技术进行改进，以提供更可靠的方案。


技术实现要素：

6.本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种自动化样品离心处理系统及方法。
7.为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种自动化样品离心处理系统，该系统包括：
8.样品仓，其用以盛载样品；
9.输入传送带，其提供x方向的输送功能，用以将所述样品仓输送至系统中；
10.离心机，其用以提供离心功能；
11.称重台，其用以对进入离心机之前的样品仓进行称重，以保证放入到离心机对称的两个位置上的一对样品仓的重量差值在允许的范围内；
12.配平机构，其具备x方向的自由度，用以向称重台上的样品仓中加注配平液，从而调控样品仓的重量；
13.输出传送带，其提供x方向的输送功能，用以将完成离心处理后的所述样品仓向外输出；
14.以及调度机械臂，其包括三轴位移机构和夹爪，所述三轴位移机构具有x、y、z三个
方向的自由度，所述夹爪用于夹持样品仓，以通过所述三轴位移机构的配合实现所述样品仓在输入传送带与称重台之间的转移、称重台与离心机之间的转移以及离心机与输出传送带之间的转移。
15.优选的是，所述样品仓包括夹持柄以及对称连接在所述夹持柄两侧的两个子仓体，所述子仓体上形成有一个样品腔和一个配平液腔，所述样品仓的外侧设置有条码。
16.优选的是，该系统还包括机架，所述输入传送带、称重台、配平机构、输出传送带以及调度机械臂均设置在所述机架上；
17.所述输入传送带的输入端的侧部设置有条码扫描器，所述输入传送带的输出端的两侧设置有第一对射光电传感器，所述输出传送带的输出端的两侧设置有第二对射光电传感器。
18.优选的是，所述配平机构包括设置在所述机架上的具有x和z方向自由度的两轴位移机构、设置在所述两轴位移机构上的针架以及设置在所述针架上的两根吸注液针，两根吸注液针之间的距离与样品仓上的两个配平液腔之间的距离相匹配，以使得所述配平机构上的两根吸注液针能够对同一个样品仓上的两个配平液腔同时进行配平液的吸取或注入。
19.优选的是，所述称重台包括两个：处于所述输入传送带的输出端的第一称重台以及处于所述输出传送带的输入端的第二称重台。
20.优选的是，所述离心机上设置有机盖以及用于实现机盖开闭的开盖推杆。
21.优选的是，该还包括上位机，上位机用于对该系统进行控制。
22.优选的是，利用该系统进行样品离心处理的方法包括以下步骤：
23.1)人工向样品仓中装入样品，并通过人工扫描样品仓的条码信息c1和样品的条码信息c2，所述上位机获取条码信息c1、c2，并建立c1和c2之间的对应关系；
24.2)将样品仓放在输入传送带上，所述条码扫描器读取样品仓上的条码信息c1，所述上位机根据条码信息c1获取到样品仓中盛装的样品的条码信息c2，然后调用与该样品仓中的样品相匹配的离心处理程序，并发送至为该样品仓指定的离心机上；
25.3)所述输入传送带将样品仓沿朝向第一称重台的方向输送，当所述第一对射光电传感器检测到样品仓后，所述输入传送带暂停，所述上位机控制调度机械臂移动至第一对射光电传感器上方，然后将当前的样品仓抓取搬运到第一称重台或第二称重台上；
26.4)当第一称重台或第二称重台上集齐了2个样品仓后，所述上位机控制所述配平机构对同一个称重台上的2个样品仓进行注液，以使2个样品仓的重量差值调控到允许的范围内；
27.5)同一个称重台上的2个样品仓被所述上位机指定到同一台离心机上并分配到该离心机上相对称的两个位置，所述上位机控制调度机械臂将2个样品仓转移到该离心机上的指定位置；
28.6)所述上位机控制开盖推杆关闭机盖，离心机按照接收的离心处理程序进行离心处理，其中，被分配至同一台离心机上的样品仓具有相同的离心处理程序；
29.7)完成离心后，所述上位机控制开盖推杆打开机盖；对于当前离心机内的所有样品仓，所述上位机先判断样品仓在配平时是否加注了配平液：
30.若加注了配平液，则先控制所述调度机械臂将样品仓转移到第二称重台上，然后通过所述配平机构将样品仓中的配平液吸干，最后通过所述调度机械臂将样品仓转移到所
述输出传送带上；
31.若未加注配平液，则直接通过所述调度机械臂将样品仓转移到所述输出传送带上。
32.优选的是，所述步骤3)具体包括：所述输入传送带将样品仓沿朝向第一称重台的方向输送，当所述第一对射光电传感器检测到样品仓后，所述上位机控制调度机械臂移动至第一对射光电传感器上方，然后抓取当前的样品仓，同时，所述上位机判断第一称重台和第二称重台上的空位数量：
33.若所述第一称重台上有空位，则将样品仓放置到第一称重台的空位上；
34.若所述第一称重台上无空位、第二称重台上有空位，则将样品仓放置到第二称重台的空位上；
35.若所述第一称重台和第二称重台上均无空位，则等待，直至第一称重台或第二称重台上有空位时，将样品仓放置到该空位上。
36.优选的是，利用该系统进行样品离心处理的方法还包括步骤8)：所述输出传送带将样品仓朝所述第二对射光电传感器的方向输送，当所述第二对射光电传感器检测到其工位上的样品仓停留时间超过设定值时，所述上位机发出报警信息，以提醒操作人员将该工位上的样品仓取走。
37.本发明的有益效果是：
38.本发明能够实现生物类样品的全自动离心处理，常规的自动化离心机通常只能实现样品装卸的自动化，在本发明中，样品的组合、配平、离心流程的转速、时间、加减速曲线等参数设定，全部能自动化完成；本发明显著提升了生物类样品离心制备的自动化程度，实现离心过程的流水线化，提高了样品处理的通量，可减少操作者的劳动负担，而且极大避免了因人为操作引发的失误；
39.本发明进一步加强了样品处理全流程的信息化，所有样品从装入样品仓开始，它所加注的配平液量、一同配平的样品类型、使用的离心机、在转子上的位置、离心转速、离心时间、旋转加减速曲线、离心机内腔温度等诸多参数，都能被系统收集，确保每一份样品的全部处理过程都可以溯源。
附图说明
40.图1为本发明的自动化样品离心处理系统的结构示意图；
41.图2为本发明的自动化样品离心处理系统的另一个视角的结构示意图；
42.图3为本发明的样品仓的结构示意图；
43.图4为本发明的调度机械臂的结构示意图；
44.图5为本发明的配平机构的结构示意图；
45.图6为本发明的自动化样品离心处理系统的正视图；
46.图7为本发明的自动化样品离心处理系统的俯视图；
47.图8为本发明的自动化样品离心处理系统进行样品离心处理的流程图。
48.附图标记说明：
49.1—机架；2—样品仓；3—输入传送带；4—离心机；5—称重台；6—配平机构；7—输出传送带；8—调度机械臂；10—条码扫描器；11—第一对射光电传感器；12—第二对射光电
传感器；20—夹持柄；21—子仓体；22—样品腔；23—配平液腔；24—条码；40—机盖；41—开盖推杆；50—第一称重台；51—第二称重台；60—两轴位移机构；61—针架；62—吸注液针；80—三轴位移机构；81—夹爪。
具体实施方式
50.下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
51.应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
52.实施例1
53.参照图1-7，本实施例提供一种自动化样品离心处理系统，该系统包括：
54.样品仓2，其用以盛载样品；
55.输入传送带3，其提供x方向的输送功能，用以将样品仓2输送至系统中；
56.离心机4，其用以提供离心功能；
57.称重台5，其用以对进入离心机4之前的样品仓2进行称重，以保证放入到离心机4对称的两个位置上的一对样品仓2的重量差值在允许的范围内；
58.配平机构6，其具备x方向的自由度，用以向称重台上的样品仓2中加注配平液，从而调控样品仓2的重量；
59.输出传送带7，其提供x方向的输送功能，用以将完成离心处理后的样品仓2向外输出；
60.以及调度机械臂8，其包括三轴位移机构80和夹爪81，三轴位移机构80具有x、y、z三个方向的自由度，夹爪81用于夹持样品仓2，以通过三轴位移机构80的配合实现样品仓2在输入传送带3与称重台之间的转移、称重台与离心机4之间的转移以及离心机4与输出传送带7之间的转移。
61.其中，样品仓2包括夹持柄20以及对称连接在夹持柄20两侧的两个子仓体21，子仓体21上形成有一个样品腔22和一个配平液腔23，样品腔22和配平液腔23相互隔开，通过向配平液腔23中注入配平液(如水)来增加样品仓2的重量，以实现重量配平，需要理解的是，同一个样品仓2中的两个样品腔22加入的样品重量应当基本相同，且在注入配平液时，为同时向同一个样品仓2中的两个配平液腔23注入等量的配平液，即最终同一个样品仓2两侧重量基本一致。进行配平是指：将一对样品仓2进行配平，以使一对样品仓2重量基本一致，然后可放到离心机4上相对称的两个位置上。离心机4的一个离心工位上具有与样品仓2的两个子仓体21配合的两个子仓位。
62.其中，样品仓2的外侧设置有条码24，用于记录样品仓2信息。
63.其中，该系统还包括机架1，输入传送带3、称重台、配平机构6、输出传送带7以及调度机械臂8均设置在机架1上；
64.输入传送带3的输入端的侧部设置有条码24扫描器10，输入传送带3的输出端的两侧设置有第一对射光电传感器11，输出传送带7的输出端的两侧设置有第二对射光电传感器12。
65.其中，配平机构6包括设置在机架1上的具有x和z方向自由度的两轴位移机构60、
设置在两轴位移机构60上的针架61以及设置在针架61上的两根吸注液针62，两根吸注液针62之间的距离与样品仓2上的两个配平液腔23之间的距离相匹配，以使得配平机构6上的两根吸注液针62能够对同一个样品仓2上的两个配平液腔23同时进行配平液的吸取或注入。
66.其中，称重台5包括两个：处于输入传送带3的输出端的第一称重台50以及处于输出传送带7的输入端的第二称重台51。
67.其中，离心机4上设置有机盖40以及用于实现机盖40开闭的开盖推杆41。
68.其中，该系统还包括上位机(图中未示出)，上位机用于对该系统进行控制，上位机可为控制芯片、计算机或其他具备控制功能的设备。
69.实施例2
70.本实施例提供一种如实施例1的自动化样品离心处理系统进行样品离心处理的方法，具体包括以下步骤：
71.1)人工向样品仓2中装入样品，并通过人工扫描样品仓2的条码24信息c1和样品的条码24信息c2，上位机获取条码24信息c1、c2，并建立c1和c2之间的对应关系。
72.2)将样品仓2放在输入传送带3上，条码24扫描器10读取样品仓2上的条码24信息c1，上位机根据条码24信息c1获取到样品仓2中盛装的样品的条码24信息c2，然后调用与该样品仓2中的样品相匹配的离心处理程序，并发送至为该样品仓2指定的离心机4上；上位机中存储有预先针对不同样品设计的离心处理程序，条码24扫描器10读取到样品仓2上的条码24信息c1后，上位机即可获得与该样品匹配的离心处理程序，然后依据该离心处理程序分配至指定的离心机4上；其中，具有相同离心处理程序的样品仓2才会被分配到同一离心机4上。
73.3)输入传送带3将样品仓2沿朝向第一称重台50的方向输送，当第一对射光电传感器11检测到样品仓2后，输入传送带3暂停，此时上位机即可获取到当前样品仓2的位置，并可根据条码24扫描器10获取该样品仓2的条码24信息c1，从而在整个调度过程中系统始终明确正在调度的是哪一个样品仓2；
74.输入传送带3将样品仓2沿朝向第一称重台50的方向输送，当第一对射光电传感器11检测到样品仓2后，上位机控制调度机械臂8移动至第一对射光电传感器11上方，然后抓取当前的样品仓2，同时，上位机判断第一称重台50和第二称重台51上的空位数量：
75.若第一称重台50上有空位，则将样品仓2放置到第一称重台50的空位上；
76.若第一称重台50上无空位、第二称重台51上有空位，则将样品仓2放置到第二称重台51的空位上；
77.若第一称重台50和第二称重台51上均无空位，则等待，直至第一称重台50或第二称重台51上有空位时，将样品仓2放置到该空位上。
78.在进一步优选的实施例中，上位机控制优先将盛装同类样品的样品仓2放置到同一个称重台上。
79.4)当第一称重台50或第二称重台51上集齐了2个样品仓2后，上位机控制配平机构6对同一个称重台上的2个样品仓2进行注液，以使2个样品仓2的重量差值调控到允许的范围内。
80.5)同一个称重台上的2个样品仓2被上位机指定到同一台离心机4上并分配到该离心机4上相对称的两个位置(步骤2)中每个样品仓2已被分配至指定位置)，上位机控制调度
机械臂8将2个样品仓2转移到该离心机4上的指定位置；其中，离心机4具备定位功能，能够根据控制指令旋转至任意指定的角度，以便于调度机械臂8装入和取出样品仓2。例如，装入和取出样品仓2时，使离心机4上的空为旋转到图7的6点钟位置。
81.6)上位机控制开盖推杆41关闭机盖40，离心机4按照接收的离心处理程序进行离心处理，其中，被分配至同一台离心机4上的样品仓2具有相同的离心处理程序。
82.7)完成离心后，上位机控制开盖推杆41打开机盖40；对于当前离心机4内的所有样品仓2，上位机先判断样品仓2在配平时是否加注了配平液：
83.若加注了配平液，则先控制调度机械臂8将样品仓2转移到第二称重台51上，然后通过配平机构6将样品仓2中的配平液吸干，最后通过调度机械臂8将样品仓2转移到输出传送带7上；其中，吸干配平液不涉及重量检测和配平，称重台不需要集齐一对样品仓2，单个样品仓2也可处理；
84.若未加注配平液，则直接通过调度机械臂8将样品仓2转移到输出传送带7上。
85.其中，系统设置个称重台：第一称重台50、第二称重台51，在输入样品的前期阶段，第一称重台50、第二称重台51都可用于配平注液；在输出样品的阶段，第二称重台51用于吸干样品仓2的配平液体，而第一称重台50保留空位，随时可接收新的样品仓2输入。
86.8)输出传送带7将样品仓2朝第二对射光电传感器12的方向输送，当第二对射光电传感器12检测到其工位上的样品仓2停留时间超过设定值时，上位机发出报警信息，以提醒操作人员将该工位上的样品仓2取走，且暂停接收新的样品，已经放在输入传送带3的样品不予输入到配平区。
87.完成离心后，系统将样品仓2的离心处理处理过程中所有的参数信息(加注的配平液量、一同配平的样品类型、使用的离心机4、在转子上的位置、离心转速、离心时间、旋转加减速曲线、离心机4内腔温度等)进行保存和上传，以保证每一份样品的全部处理过程都可以溯源。
88.尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节。