一种实验动物房水瓶自动化灌水设备的制作方法

本发明涉及无特定病原体动物房饲养设备技术领域，具体的说是涉及一种实验动物房水瓶自动化灌水设备。

背景技术：

目前，无特定病原体动物房饲养大小鼠多采用高压灭菌水或酸化水饲养大小鼠。在大鼠饲养及较大数量小鼠饲养过程中需频繁给水瓶加水或更换水瓶。直接更换水瓶效率较高，且可保证动物饮用水质量。但所需替换水瓶数量较大，水瓶清洗灭菌次数较多将大大降低水瓶使用寿命，且提高人力成本。水瓶加水，无法直接使用灌瓶机进行加水，需要人工加水，加水量不准确，且直接将新水加入剩余水中，降低水的清洁度。直接倒掉剩水，又造成严重的水资源浪费。此外，为了提高效率，操作人员往往采取多瓶同时加水，如此操作将造成瓶塞错用，将增加不同笼盒动物间交叉感染的概率。

本发明通过设计一种自动化灌水设备实现水瓶消毒灌水的一体化，以及多个水瓶的同时定量灌装，并设有剩余液体和废水的收集及处理装置，有效地提高了灌水的工作效率并且节约了水资源。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是针对现有实验动物房水瓶的灌装效率低、瓶内剩余水不能有效地利用的问题，提供一种能高效对实验室用水瓶进行灌装并对瓶内剩余水进行回收利用的实验动物房水瓶自动化灌水设备。

本发明通过如下技术方案实现：

一种实验动物房水瓶自动化灌水设备，由机架(1)、水瓶(2)、履带(5)、放置台(6)、注水装置(9)、消毒装置(10)、烘干装置(11)、扭杆装置(13)、蒸汽传输管(14)、水箱(19)、机械手臂(29)、扭杆电机(33)、履带电机(39)、处理水收集装置(45)、废水过滤装置(46)、隔网(47)、导轨副(55)、处理水输出装置(56)、提示灯(59)、速热水蒸汽发生器(20)、电源插头(111)、控制模块(31)、履带传感器(3)、放置台传感器(7)、注水装置传感器(15)、消毒装置传感器(16)、烘干装置传感器(17)、扭杆装置传感器(21)、机械手臂传感器(26)、水泵(48)、瓶盖(61)、扭杆(18)、烘干器(51)、导轨副电机(57)组成；机架(1)上设有隔网(47)，隔网(47)上方安装有机械手臂(29)和控制模块(31)，机械手臂(29)可以在机架(1)上做横向的往复运动；机械手臂传感器(26)安装在机械手臂(29)上，机架(1)一侧设有电源插头(111)，在机架(1)上设有履带(5)且位于隔网(47)后方，履带传感器(3)安装在履带(5)一侧的机架(1)上，履带(5)上设有水瓶卡槽和瓶盖卡槽，卡槽均匀分布为十列，一列卡槽设有六个水瓶卡槽和五个瓶盖卡槽且水瓶卡槽和瓶盖卡槽呈相连相间分布，两个水瓶卡槽中间有一个瓶盖卡槽，控制模块(31)可控制机械手臂(29)将水瓶(2)和瓶盖(61)分别放置在水瓶卡槽和瓶盖卡槽中；履带电机(39)安装在机架(1)上，为履带(5)的运行提供动力，使履带(5)能够将水瓶(2)和瓶盖(61)运送到下一装置；消毒装置(10)安装机架(1)上，消毒装置(10)上安装有消毒装置传感器(16)、蒸汽输送管(14)、速热水蒸汽发生器(20)，速热水蒸汽发生器(20)产生的水蒸汽通过蒸汽输送管(14)输送到消毒装置(10)内给水瓶消毒；烘干装置(11)安装在机架(1)上且位于消毒装置(10)的一侧，烘干装置(11)上安装有烘干装置传感器(17)、烘干器(51)，烘干器(51)中设有电热丝和微型风扇，烘干器(51)中的电热丝和微型风扇同时工作产生热气并将热气输送到烘干装置(11)内将水瓶烘干；扭杆装置(13)安装在机架(1)上，扭杆装置(13)上设有扭杆装置传感器(21)、扭杆(18)和扭杆电机(33)，扭杆电机(33)为扭杆(18)的运行提供动力，扭杆(18)同时连接在消毒装置(10)和烘干装置(11)上，使得扭杆(18)在让消毒装置(10)和烘干装置(11)进行垂直上行运动和垂直下行运动时，消毒装置(10)和烘干装置(11)能保持相对静止；导轨副(55)安装在机架(1)上，导轨副(55)上设有齿条，导轨副电机(57)安装在机架(1)上且位于导轨副(55)上方，导轨副电机(57)上安装有齿轮，导轨副(55)上的齿条与导轨副电机(57)上的齿轮相啮合，注水装置(9)、注水装置传感器(15)安装在导轨副(55)上，注水装置(9)上方安装有水箱(19)；放置台(6)安装在机架(1)最末端，放置台(6)用于放置已经过处理的水瓶(2)和瓶盖(61)，放置台(6)上安装有放置台传感器(7)；废水过滤装置(46)位于隔网(47)的下方，废水过滤装置(46)内部安装有水泵(48)，废水过滤装置(46)一侧安装有处理水收集装置(45)，处理水收集装置(45)上设有处理水输出装置(56)，经过过滤的剩余水能通过水泵(48)传输到处理水收集装置(45)，需要使用经过过滤的剩余水时能通过处理水输出装置(56)将经过过滤的剩余水释放出来；提示灯(59)安装在机架(1)上方最末端，以更好地提醒用户进行瓶盖拧附，所述的水瓶卡槽和瓶盖卡槽均匀分布为十列，一列卡槽设有六个水瓶卡槽和五个瓶盖卡槽且水瓶卡槽和瓶盖卡槽呈相连相间分布，两个水瓶卡槽中间有一个瓶盖卡槽。

进一步地，所述的机架(1)上设有四个万向脚轮(52)，能让水瓶灌水设备的移动更加方便且容易控制。

进一步地，所述的废水过滤装置(46)有四个过滤层构成，按照液体经过顺序依次为过滤筛、滤纸、活性炭和滤菌膜。

进一步地，所述的履带电机(39)、导轨副电机(57)和扭杆电机(33)采用步进电机，从而精确控制转动角度。

进一步地，所述的消毒装置(10)安装有水位显示器及报警灯(201)，能实时显示速热水蒸汽发生器(20)的水位情况，并在水位异常时闪烁。

进一步地，所述的消毒装置(10)安装有安全阀(60)，能通过安全阀(60)解决速热水蒸汽发生器(20)中气压异常的问题。

进一步地，所述的控制模块(31)由数据接收模块、数据处理及存储模块、数据输出模块组成，能与履带传感器(3)、放置台传感器(7)、注水装置传感器(15)、消毒装置传感器(16)、烘干装置传感器(17)、扭杆装置传感器(21)、机械手臂传感器(26)进行通信，履带传感器(3)、放置台传感器(7)、注水装置传感器(15)、消毒装置传感器(16)、烘干装置传感器(17)、扭杆装置传感器(21)、机械手臂传感器(26)实时检测，并将数据传输给控制模块(31)，在控制模块(31)中，数据由数据接收模块接收后传输给数据处理模块，数据处理模块将处理后的数据传输给数据存储模块，数据存储模块再传输给数据输出模块，最后经数据输出模块转换成指令传输给机械手臂(29)、扭杆电机(33)、履带电机(39)、提示灯(59)、速热水蒸汽发生器(20)、注水装置(9)、烘干器(51)、导轨副电机(57)。

本设备工作流程如下：

流程一，系统启动后检查用户是否调整系统参数设置，当用户调整了参数设置，进入流程二，当用户没有调整参数设置，进入流程三；

流程二，用户通过控制模块(31)控制机械手臂(29)初始位置、履带(5)初始位置、履带电机(39)转速、烘干装置(11)湿度参数，进入流程四；

流程三，根据历史设置数据，控制模块(31)控制履带电机(39)使履带(5)到达指定位置，进入流程四；

流程四，机械手臂传感器(26)、履带传感器(3)、消毒装置传感器(16)、烘干装置传感器(17)、扭杆装置传感器(21)、注水装置传感器(15)、放置台传感器(7)实时检测，将数据传给控制模块(31)，进入流程五和流程六；

流程五，当机械手臂传感器(26)检查到隔网上方有水瓶(2)时，认为用户开始使用设备；

流程六，询问用户是否使用自动控制模式，当用户选择不使用自动控制模式时，进入流程七；当用户选择使用自动控制模式时，进入流程八；用户15s内未选择，进入流程八；

流程七，根据用户指令调整履带电机(39)进而调整履带(5)初始位置；根据用户指令调整履带电机(39)的角速度进而调整履带(5)的传输速度；根据用户指令调整扭杆电机(33)转速进而调整消毒装置(10)和烘干装置(11)的升降及升降的速度；根据用户指令调整导轨副(55)升降及升降速度进而调整注水装置(9)的升降及其升降速度；根据用户指令调整注水装置(9)的注水量；

流程八，当机械手臂传感器(26)检测到隔网(47)上有水瓶时，机械手臂(29)将水瓶(2)中的水倒出，然后将空水瓶(2)正立放置于履带(5)的卡槽中；当履带(5)的一列卡槽都放置好水瓶(2)时，履带电机(39)启动，使履带(5)将水瓶(2)传送至消毒装置(10)；当水瓶(2)到达消毒装置(10)正下方时，进入流程九。

流程九，当水瓶(2)到达消毒装置(10)正下方时，扭杆装置(13)使消毒装置(10)垂直下降，同时消毒装置(10)开始准备高温蒸汽；当消毒装置(10)下表面与履带(5)外表面相互接触后，扭杆装置(13)停止运行，同时消毒装置(10)释放高温蒸汽给水瓶(2)消毒；消毒完成后，消毒装置(10)垂直上升到初始高度；履带(5)继续将水瓶(2)传输到烘干装置(11)；当水瓶(2)到达烘干装置(11)正下方时，进入流程十。

流程十，当水瓶(2)到达烘干装置(11)正下方时，扭杆装置(13)使消毒装置(10)垂直下降，当烘干装置(11)下表面与履带(5)外表面相互接触后，扭杆装置(13)停止运行，同时烘干装置(11)开始运行对水瓶(2)进行烘干；烘干完成后，烘干装置(11)垂直上升到初始高度；履带(5)继续将水瓶(2)传输到注水装置(9)；当水瓶(2)到达注水装置(9)正下方时，进入流程十一。

流程十一，当水瓶(2)到达注水装置(9)正下方时，注水装置(9)垂直下降50mm，然后对水瓶(2)进行注水；注水完成后，注水装置(9)垂直上升到初始高度；履带(5)继续将水瓶(2)传输到放置台(6)；当水瓶(2)到达放置台(6)时，进入流程十二。

流程十二，提示灯(59)闪烁，提醒用户进行瓶盖的拧附工作；放置台传感器(7)检测用户是否进行瓶盖的拧附工作；15s内用户进行瓶盖拧附工作，进入流程十三；15s内用户未进行瓶盖拧附工作，进入流程十四。

流程十三，提示灯(59)停止闪烁；进入流程十五。

流程十四，提示灯(59)在用户进行瓶盖的拧附工作后或者闪烁120s后停止闪烁；进入流程七。

流程十五，询问用户是否继续自动控制模式，当选择不继续时，进入流程七；当用户选择继续时，进入流程八；当用户15s未做选择时，进入流程七。

本发明一种实验动物房水瓶自动化灌水设备及其控制方法与现有技术相比有如下有益效果：

1、能实现多个水瓶同时灌装，同时采用定量注水装置，能精确的控制水瓶的注水量；

2、能对水瓶进行高温蒸汽消毒，在消毒后又能对水瓶进行及时的烘干，实现水瓶消毒灌水的一体化；

3、设有剩余液体和废水的收集及处理装置，废水经过过滤后，能被用来清洁实验动物房，有效地节约了水资源。

4、灌水装置可以方便移动，满足spf实验动物房日常换水需要，降低大量水瓶搬运的时间及人力成本。

附图说明

图1是本发明一种实验动物房水瓶自动化灌水设备的结构示意图一。

图2是本发明一种实验动物房水瓶自动化灌水设备的结构示意图二。

图3是本发明一种实验动物房水瓶自动化灌水设备的结构示意图三。

图4是本发明一种实验动物房水瓶自动化灌水设备的控制模块的组成及其工作示意图。

图5是本发明一种实验动物房水瓶自动化灌水设备控制方法的示意图。

图中，1-机架、2-水瓶、5-履带、6-放置台、9-注水装置、10-消毒装置、11-烘干装置、13-扭杆装置、14-蒸汽输送管、19-水箱、29-机械手臂、33-扭杆电机、39-履带电机、45-处理水收集装置、46-废水过滤装置、47-隔网、52-万向脚轮、55-导轨副、56-处理水输送管、20-速热水蒸汽发生器、111-电源插头、31-控制模块、201-水位显示器及报警灯、60-安全阀、3-履带传感器、7-放置台传感器、15-注水装置传感器、16-消毒装置传感器、17-烘干装置传感器、21-扭杆装置传感器、26-机械手臂传感器、48-水泵、61-瓶盖、18-扭杆、51-烘干器、57-导轨副电机，59-提示灯。

具体实施方式

下面结合附图和工作过程对本发明一种实验动物房水瓶自动化灌水设备及其控制方法的技术方案做进一步的描述。

实施例：如图1、图2、和图3所示：实验动物房水瓶自动化灌水设备，其特征在于该实验动物房水瓶自动化灌水设备由机架1、水瓶2、履带5、放置台6、注水装置9、消毒装置10、烘干装置11、扭杆装置13、蒸汽传输管14、水箱19、机械手臂29、扭杆电机33、处理水收集装置45、废水过滤装置46、隔网47、处理水输出装置56、提示灯59、速热水蒸汽发生器20、电源插头111、控制模块31、履带传感器3、放置台传感器7、注水装置传感器15、消毒装置传感器16、烘干装置传感器17、扭杆装置传感器21、机械手臂传感器26、水泵48、瓶盖61、扭杆18、烘干器51、导轨副电机57组成；机架1上设有隔网47，隔网47上方安装有机械手臂29和控制模块31，机械手臂29可以在机架1上做横向的往复运动；机械手臂传感器26安装在机械手臂29上，机架1一侧设有电源插头111，在机架1上设有履带5且位于隔网47后方，履带传感器3安装在履带5一侧的机架1上，履带5上设有水瓶卡槽和瓶盖卡槽，卡槽均匀分布为十列，一列卡槽设有六个水瓶卡槽和五个瓶盖卡槽且水瓶卡槽和瓶盖卡槽呈相连相间分布，两个水瓶卡槽中间有一个瓶盖卡槽，控制模块31可控制机械手臂29将水瓶2和瓶盖61分别放置在水瓶卡槽和瓶盖卡槽中；履带电机39安装在机架1上，为履带5的运行提供动力，使履带5能够将水瓶2运送到下一装置；消毒装置10安装机架1上，消毒装置10上安装有消毒装置传感器16、蒸汽输送管14、速热水蒸汽发生器20，速热水蒸汽发生器20产生的水蒸汽通过蒸汽输送管14输送到消毒装置10内给水瓶消毒；烘干装置11安装在机架1上且位于消毒装置10的一侧，烘干装置11上安装有烘干装置传感器17、烘干器51，烘干器51中设有电热丝和微型风扇，烘干器51中的电热丝和微型风扇同时工作产生热气并将热气输送到烘干装置11内将水瓶烘干；扭杆装置13安装在机架1上；扭杆装置13上设有扭杆装置传感器21、扭杆18和扭杆电机33，扭杆电机33为扭杆18的运行提供动力，扭杆18同时连接在消毒装置10和烘干装置11上，使得扭杆18在让消毒装置10和烘干装置11进行垂直上行运动和垂直下行运动时，消毒装置10和烘干装置11能保持相对静止；导轨副55安装在机架1上，导轨副55上设有齿条，导轨副电机57安装在机架1上且位于导轨副55上方，导轨副电机57上安装有齿轮，导轨副55上的齿条与导轨副电机57上的齿轮相啮合，注水装置9、注水装置传感器15安装在导轨副55上，注水装置9上方安装有水箱19；放置台6安装在机架1最末端，放置台6用于放置已经过处理的水瓶2和瓶盖21，放置台6上安装有放置台传感器7；废水过滤装置46位于隔网47的下方，废水过滤装置46内部安装有水泵48，废水过滤装置46一侧安装有处理水收集装置45，处理水收集装置45上设有处理水输出装置56，经过过滤的剩余水能通过水泵48传输到处理水收集装置45，需要使用经过过滤的剩余水时能通过处理水输出装置56将经过过滤的剩余水释放出来；提示灯59安装在机架1上方最末端，以更好地提醒用户进行瓶盖61的拧附。

所述的机架1上设有万向脚轮52，水瓶灌水设备能在推力作用下移动。

所述的废水过滤装置46有四个过滤层构成，按照液体经过顺序依次为过滤筛、滤纸、活性炭和滤菌膜。

所述的履带电机39、导轨副电机57和扭杆电机33是步进电机。

所述的消毒装置10安装有水位显示器及报警灯201，能实时显示速热水蒸汽发生器20的水位情况，并在水位异常时闪烁。

所述的消毒装置10安装有安全阀60，能通过安全阀60解决速热水蒸汽发生器20中气压异常的问题。

如图4所示，控制模块31由数据接收模块、数据处理模块、数据存储模块和数据输出模块组成，能与履带传感器3、放置台传感器7、注水装置传感器15、消毒装置传感器16、烘干装置传感器17、扭杆装置传感器21、机械手臂传感器26进行通信，履带传感器3、放置台传感器7、注水装置传感器15、消毒装置传感器16、烘干装置传感器17、扭杆装置传感器21、机械手臂传感器26实时检测，并将数据传输给控制模块31，在控制模块31中，数据由数据接收模块接收后传输给数据处理模块，数据处理模块将处理后的数据传输给数据存储模块，数据存储模块再传输给数据输出模块，最后经数据输出模块转换成指令传输给机械手臂29、扭杆电机33、履带电机39、提示灯59、速热水蒸汽发生器20、注水装置9、烘干器51、导轨副电机57。灌水设备如图5所示。本发明实验动物房水瓶自动化灌水设备的控制方法包含以下流程：

流程一，系统启动后检查用户是否调整系统参数设置，当用户调整了参数设置，进入流程二，当用户没有调整参数设置，进入流程三；

流程二，用户通过控制模块31控制机械手臂29初始位置、履带5初始位置、履带电机39转速、烘干装置11湿度参数，进入流程四；

流程三，根据历史设置数据，控制模块31控制履带电机39使履带5到达指定位置，进入流程四；

流程四，机械手臂传感器26、履带传感器3、消毒装置传感器16、烘干装置传感器17、扭杆装置传感器21、注水装置传感器15、放置台传感器7实时检测，将数据传给控制模块31，进入流程五和流程六；

流程五，当机械手臂传感器26检查到隔网上方有水瓶2时，认为用户开始使用设备；

流程六，询问用户是否使用自动控制模式，当用户选择不使用自动控制模式时，进入流程七；当用户选择使用自动控制模式时，进入流程八；用户15s内未选择，进入流程八；

流程七，根据用户指令调整履带电机39进而调整履带5初始位置；根据用户指令调整履带电机39的角速度进而调整履带5的传输速度；根据用户指令调整扭杆电机33转速进而调整消毒装置10和烘干装置11的升降及升降的速度；根据用户指令调整导轨副55升降及升降速度进而调整注水装置9的升降及其升降速度；根据用户指令调整注水装置9的注水量；

流程八，当机械手臂传感器26检测到隔网47上有水瓶时，机械手臂29将水瓶2中的水倒出，然后将空水瓶2正立放置于履带5的卡槽中；当履带5的一列卡槽都放置好水瓶2时，履带电机39启动，使履带5将水瓶2传送至消毒装置10；当水瓶2到达消毒装置10正下方时，进入流程九。

流程九，当水瓶2到达消毒装置10正下方时，扭杆装置13使消毒装置10垂直下降，同时消毒装置10开始准备高温蒸汽；当消毒装置10下表面与履带5外表面相互接触后，扭杆装置13停止运行，同时消毒装置10释放高温蒸汽给水瓶2消毒；消毒完成后，消毒装置10垂直上升到初始高度；履带5继续将水瓶2传输到烘干装置11；当水瓶2到达烘干装置11正下方时，进入流程十。

流程十，当水瓶2到达烘干装置11正下方时，扭杆装置13使消毒装置10垂直下降，当烘干装置11下表面与履带5外表面相互接触后，扭杆装置13停止运行，同时烘干装置11开始运行对水瓶2进行烘干；烘干完成后，烘干装置11垂直上升到初始高度；履带5继续将水瓶2传输到注水装置9；当水瓶2到达注水装置9正下方时，进入流程十一。

流程十一，当水瓶2到达注水装置9正下方时，注水装置9垂直下降50mm，然后对水瓶2进行注水；注水完成后，注水装置9垂直上升到初始高度；履带5继续将水瓶2传输到放置台6；当水瓶2到达放置台6时，进入流程十二。

流程十二，提示灯59闪烁，提醒用户进行瓶盖的拧附工作；放置台传感器7检测用户是否进行瓶盖的拧附工作；15s内用户进行瓶盖拧附工作，进入流程十三；15s内用户未进行瓶盖拧附工作，进入流程十四。

流程十三，提示灯59停止闪烁；进入流程十五。

流程十四，提示灯59在用户进行瓶盖的拧附工作后或者闪烁120s后停止闪烁；进入流程七。

流程十五，询问用户是否继续自动控制模式，当选择不继续时，进入流程七；当用户选择继续时，进入流程八；当用户15s未做选择时，进入流程七。

本发明工作过程如下：将实验动物房水瓶自动化灌水设备接通电源，启动设备，设定机械手臂初始位置、履带初始位置、履带电机转速、烘干装置湿度参数，然后将水瓶放在隔网上，实验动物房水瓶自动化灌水设备就会按照如图4所示的流程进行工作。

上面结合附图和具体实施方式对本发明一种实验动物房水瓶自动化灌水设备进行了详细说明，但是本发明并不限于上面描述的内容，在本领域技术人员所具备的知识范围内，不脱离本发明构思做出的各种变化，仍落在本发明的保护范围内。