磁珠与试剂的自动灌装设备及其灌装方法与流程

本发明属于生命科学设备领域，具体涉及一种磁珠与试剂的自动灌装设备及其灌装方法。

背景技术：

深孔板在生物研究、医院、科研所、畜牧水产养殖、食品加工等相关领域非常广泛，用于处理、转移和储存液体样本。但是，目前与深孔板灌装有关的操作都是以人工为主，比如人工摇匀磁珠、人工灌装磁珠以及人工灌装试剂；人工操作效率低下，劳动强度大。可见，亟需一种磁珠与试剂的自动灌装设备及其灌装方法。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种磁珠与试剂的自动灌装设备及其灌装方法。

本发明采用如下技术方案：

本发明磁珠与试剂的自动灌装设备，包括机架、横向搬运机构组件、磁珠摇匀及灌装机构和试剂灌装机构；所述的横向搬运机构组件包括搬运机构直线模组和横向搬运机构；搬运机构直线模组驱动横向搬运机构平移到磁珠摇匀及灌装机构所在工位或试剂灌装机构所在工位；横向搬运机构实现升降以及深孔板的夹紧或松开。

所述的磁珠摇匀及灌装机构包括电机、搅拌桶、磁珠盘、第一滚珠丝杆型直线模组、第二滚珠丝杆型直线模组、移液枪、第三滚珠丝杆型直线模组和枪头盒；电机的底座固定在机架上，搅拌桶支架固定在电机的输出轴上；搅拌桶固定在搅拌桶支架上；搅拌桶内的活塞由气泵驱动；磁珠盘设置在搅拌桶的出料口下方，并与固定在机架上的滑轨构成滑动副；滑轨平行于搬运机构直线模组输送方向布置；所述的磁珠盘由第一气缸驱动；机架上设有超声波液位传感器；第一滚珠丝杆型直线模组沿垂直于搬运机构直线模组输送方向水平设置，驱动第二滚珠丝杆型直线模组；第二滚珠丝杆型直线模组驱动移液枪上下移动；移液枪的活塞由第二气缸驱动；枪头盒与机架构成滑动副，并由第三滚珠丝杆型直线模组驱动；第三滚珠丝杆型直线模组沿平行于搬运机构直线模组输送方向布置；枪头盒内放置有枪头。

所述的试剂灌装机构包括液罐盒、液罐、注射头支架、注射头、第四滚珠丝杆型直线模组、移动架、第五滚珠丝杆型直线模组和第六滚珠丝杆型直线模组；液罐盒置于机架上，液罐盒内放置六个以上液罐，每个液罐与两个注射泵的进液口连通；六个注射头组沿垂直于搬运机构直线模组输送方向水平排布，每个注射头组包括四个注射头；同个注射头组的每两个注射头与一个注射泵的两个出液口分别经管道连通；注射头组中的各个注射头沿平行于搬运机构直线模组输送方向排布；所有注射头固定在注射头支架上；注射头支架由第四滚珠丝杆型直线模组驱动；第四滚珠丝杆型直线模组竖直设置；移动架由第五滚珠丝杆型直线模组驱动，第五滚珠丝杆型直线模组沿垂直于搬运机构直线模组输送方向水平布置；第六滚珠丝杆型直线模组驱动第五滚珠丝杆型直线模组，第六滚珠丝杆型直线模组沿平行于搬运机构直线模组输送方向布置。

优选地，所述的第一滚珠丝杆型直线模组、第二滚珠丝杆型直线模组、第三滚珠丝杆型直线模组、第四滚珠丝杆型直线模组、第五滚珠丝杆型直线模组、第六滚珠丝杆型直线模组以及搬运机构直线模组均为单轴直线模组，均包括滚珠丝杆、滑台、直线导轨、支撑座、联轴器和马达；马达的输出轴与滚珠丝杆的丝杆通过联轴器连接，滚珠丝杆的丝杆与支撑座构成转动副；支撑座固定在机架上；滚珠丝杆上的螺母与直线导轨构成滑动副；滑台与滚珠丝杆上的螺母固定。

优选地，所述电机以及第一滚珠丝杆型直线模组、第二滚珠丝杆型直线模组、第三滚珠丝杆型直线模组、第四滚珠丝杆型直线模组、第五滚珠丝杆型直线模组、第六滚珠丝杆型直线模组和搬运机构直线模组的马达分别经驱动器与控制器连接；第一气缸和第二气缸分别经换向阀与控制器连接，气泵出口处设有与控制器连接的控制阀；超声波液位传感器的信号输出端与控制器连接。

优选地，各注射泵分别由一个控制阀实现进液与两个工位出液的切换，该控制阀由注射泵自带的控制单元控制，控制单元与控制器通信。

优选地，所述的横向搬运机构包括第七滚珠丝杆型直线模组和气缸夹爪；第七滚珠丝杆型直线模组的支撑座与搬运机构直线模组的滑台固定，第七滚珠丝杆型直线模组驱动气缸夹爪升降；气缸夹爪均通过自身携带的第五气缸实现夹爪的开合。第七滚珠丝杆型直线模组的马达经驱动器与控制器连接；气缸夹爪自身携带的第三气缸分别经换向阀与控制器连接。

该磁珠与试剂的自动灌装设备的灌装方法，具体如下：

步骤一、第三滚珠丝杆型直线模组将枪头盒输送到移液枪正下方，移液枪在第二滚珠丝杆型直线模组带动下吸取枪头盒内的枪头，然后枪头盒复位；

步骤二、电机驱动搅拌桶，从而搅拌搅拌桶内的磁珠，摆动的角度不低于180度，搅拌完成后，气泵驱动搅拌桶内的活塞将磁珠灌到磁珠盘中；

步骤三、第一气缸驱动磁珠盘从搅拌桶下方移出，第一滚珠丝杆型直线模组和第二滚珠丝杆型直线模组驱动移液枪插入磁珠盘内，第二气缸驱动使得移液枪从磁珠盘内吸取磁珠；移液枪吸取磁珠后，第一气缸驱动磁珠盘回到搅拌桶下方；当超声波液位传感器检测到磁珠盘内磁珠的液位高度低于预设高度时，重复步骤二；

步骤四、人工将深孔板置于磁珠摇匀及灌装机构所在工位后，通过控制器控制第一滚珠丝杆型直线模组和第二滚珠丝杆型直线模组，驱动移液枪将磁珠灌装到深孔板上；

步骤五、重复步骤三；且重复步骤三的同时，搬运机构直线模组驱动横向搬运机构平移到磁珠摇匀及灌装机构所在工位，横向搬运机构的第七滚珠丝杆型直线模组驱动气缸夹爪下降，横向搬运机构的气缸夹爪夹取磁珠摇匀及灌装机构所在工位的深孔板；然后第七滚珠丝杆型直线模组驱动气缸夹爪上升，搬运机构直线模组驱动横向搬运机构平移到试剂灌装机构的移动架上方，横向搬运机构的第七滚珠丝杆型直线模组驱动气缸夹爪下降，横向搬运机构的气缸夹爪松开，将深孔板置于试剂灌装机构的移动架上；接着，横向搬运机构组件复位；

步骤六、第五滚珠丝杆型直线模组和第六滚珠丝杆型直线模组驱动移动架上的深孔板定位在注射头下方，第四滚珠丝杆型直线模组驱动注射头下降，注射泵将液罐内的试剂抽给注射头，注射头将试剂灌装到深孔板上；最后，试剂灌装机构复位。

优选地，采用8×12孔深孔板，磁珠灌装到第6排和第12排共16个孔内；每次给五个注射头组的注射头抽试剂，分四次将试剂灌装到深孔板上除灌装有磁珠的孔以外的其它各个孔内，每次灌装连续5排的20个孔；每次灌装后，第五滚珠丝杆型直线模组和第六滚珠丝杆型直线模组都要驱动移动架上的深孔板重新定位。

本发明具有的有益效果：

本发明实现磁珠及试剂自动灌装，相比人工操作，提高了液体灌装效率。

附图说明

图1为本发明的整体结构立体图；

图2为本发明中磁珠摇匀及灌装机构的结构立体图；

图3为本发明中磁珠摇匀及灌装机构去除枪头盒和第三滚珠丝杆型直线模组后的立体图；

图4为本发明中试剂灌装机构的结构立体图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细说明。

如图1所示，磁珠与试剂的自动灌装设备，包括机架1、横向搬运机构组件2、磁珠摇匀及灌装机构3和试剂灌装机构4；磁珠摇匀及灌装机构3向深孔板灌装磁珠；横向搬运机构组件2包括搬运机构直线模组和横向搬运机构；搬运机构直线模组驱动横向搬运机构平移到磁珠摇匀及灌装机构3所在工位或试剂灌装机构4所在工位；横向搬运机构实现升降和深孔板的夹紧或松开；试剂灌装机构4将试剂灌装到深孔板上。

如图2和3所示，磁珠摇匀及灌装机构3包括电机3-1、搅拌桶3-2、磁珠盘3-3、第一滚珠丝杆型直线模组3-4、第二滚珠丝杆型直线模组3-5、移液枪3-6、第三滚珠丝杆型直线模组和枪头盒3-7；电机3-1的底座固定在机架上，搅拌桶支架固定在电机3-1的输出轴上；搅拌桶3-2通过螺栓固定在搅拌桶支架上；搅拌桶内的活塞由气泵驱动；磁珠盘3-3设置在搅拌桶的出料口下方，并与固定在机架上的滑轨构成滑动副；滑轨平行于搬运机构直线模组输送方向布置；磁珠盘由第一气缸驱动；机架上设有超声波液位传感器，检测磁珠盘3-3的液位高度；第一滚珠丝杆型直线模组3-4水平设置，第二滚珠丝杆型直线模组3-5竖直设置；第一滚珠丝杆型直线模组驱动第二滚珠丝杆型直线模组(连同移液枪一起)沿垂直于搬运机构直线模组输送方向水平移动(第二滚珠丝杆型直线模组的支撑座固定在第一滚珠丝杆型直线模组的滑台上，移液枪固定在第二滚珠丝杆型直线模组的滑台上)；第二滚珠丝杆型直线模组驱动移液枪上下移动；移液枪3-6的活塞由第二气缸驱动；枪头盒3-7与机架构成滑动副，并由第三滚珠丝杆型直线模组驱动(枪头盒3-7固定在第三滚珠丝杆型直线模组的滑台上)；第三滚珠丝杆型直线模组沿平行于搬运机构直线模组输送方向布置；枪头盒内放置有枪头。

如图4所示，试剂灌装机构4包括液罐盒4-1、液罐4-2、注射头支架4-3、注射头4-4、第四滚珠丝杆型直线模组4-5、移动架4-6、第五滚珠丝杆型直线模组4-7和第六滚珠丝杆型直线模组4-8；液罐盒4-1置于机架上，液罐盒4-1内放置六个以上液罐4-2，每个液罐4-2与两个注射泵的进液口连通；六个注射头组(注射过程中有一个注射头组不注射试剂)沿垂直于搬运机构直线模组输送方向水平排布，每个注射头组包括四个注射头4-4；同个注射头组的每两个注射头4-4与一个注射泵的两个出液口分别经管道连通；注射头组中的各个注射头4-4沿平行于搬运机构直线模组输送方向排布；所有注射头4-4固定在注射头支架4-3上；注射头支架4-3由第四滚珠丝杆型直线模组4-5驱动(注射头支架4-3固定在第四滚珠丝杆型直线模组4-5的滑台上)；第四滚珠丝杆型直线模组4-5竖直设置；移动架4-6由第五滚珠丝杆型直线模组4-7驱动沿垂直于搬运机构直线模组输送方向水平移动(移动架4-6固定在第五滚珠丝杆型直线模组4-7的滑台上)；第六滚珠丝杆型直线模组4-8驱动第五滚珠丝杆型直线模组4-7(连同移动架4-6)沿平行于搬运机构直线模组输送方向移动(第五滚珠丝杆型直线模组4-7的支撑座固定在第六滚珠丝杆型直线模组4-8的滑台上)。

第一滚珠丝杆型直线模组3-4、第二滚珠丝杆型直线模组3-5、第三滚珠丝杆型直线模组、第四滚珠丝杆型直线模组4-5、第五滚珠丝杆型直线模组4-7、第六滚珠丝杆型直线模组4-8以及搬运机构直线模组均为单轴直线模组，均包括滚珠丝杆、滑台、直线导轨、支撑座、联轴器和马达；马达的输出轴与滚珠丝杆的丝杆通过联轴器连接，滚珠丝杆的丝杆与支撑座构成转动副；支撑座固定在机架上；滚珠丝杆上的螺母与直线导轨构成滑动副；滑台与滚珠丝杆上的螺母固定。

电机3-1以及第一滚珠丝杆型直线模组3-4、第二滚珠丝杆型直线模组3-5、第三滚珠丝杆型直线模组、第四滚珠丝杆型直线模组4-5、第五滚珠丝杆型直线模组4-7、第六滚珠丝杆型直线模组4-8和搬运机构直线模组的马达分别经驱动器与控制器连接；第一气缸和第二气缸分别经换向阀与控制器连接，气泵出口处设有与控制器连接的控制阀；各注射泵分别由一个(三位三通)控制阀实现进液与两个工位出液的切换，该控制阀由注射泵自带的控制单元控制，控制单元与控制器通信；作为优选实施例，注射泵采用cavroxcaliburpump(xc)系列注射泵；超声波液位传感器的信号输出端与控制器连接。

作为优选实施例，横向搬运机构包括第七滚珠丝杆型直线模组和气缸夹爪；第七滚珠丝杆型直线模组的支撑座与搬运机构直线模组的滑台固定，第七滚珠丝杆型直线模组驱动气缸夹爪升降(气缸夹爪与第七滚珠丝杆型直线模组的滑台固定)；气缸夹爪均通过自身携带的第五气缸实现夹爪的开合。第七滚珠丝杆型直线模组包括滚珠丝杆、滑台、直线导轨、支撑座、联轴器和马达；第七滚珠丝杆型直线模组的马达经驱动器与控制器连接；气缸夹爪自身携带的第三气缸分别经换向阀与控制器连接。

作为优选实施例，移液枪3-6采用德国艾本德股份公司的八道移液枪。

该磁珠与试剂的自动灌装设备的灌装方法，具体如下：

步骤一、第三滚珠丝杆型直线模组将枪头盒3-7输送到移液枪3-6正下方，移液枪3-6在第二滚珠丝杆型直线模组3-5带动下吸取枪头盒3-7内的枪头，然后枪头盒3-7复位；

步骤二、电机3-1驱动搅拌桶3-2，从而搅拌搅拌桶3-2内的磁珠，搅拌时仿造人工，摆动的角度不低于180度，搅拌完成后，气泵驱动搅拌桶3-2内的活塞将磁珠灌到磁珠盘3-3中；

步骤三、第一气缸驱动磁珠盘3-3从搅拌桶3-2下方移出，第一滚珠丝杆型直线模组3-4和第二滚珠丝杆型直线模组3-5驱动移液枪3-6插入磁珠盘3-3内，第二气缸驱动使得移液枪3-6从磁珠盘3-3内吸取磁珠，移液枪3-6吸取磁珠后，第一气缸驱动磁珠盘3-3回到搅拌桶3-2下方；当超声波液位传感器检测到磁珠盘3-3内磁珠的液位高度低于预设高度时，重复步骤二；

步骤四、人工将深孔板置于磁珠摇匀及灌装机构3所在工位后，通过控制器控制第一滚珠丝杆型直线模组3-4和第二滚珠丝杆型直线模组3-5，驱动移液枪3-6将磁珠灌装到深孔板上。作为优选实施例，采用8×12孔深孔板，磁珠灌装到第6排和第12排共16个孔内。

步骤五、重复步骤三；且重复步骤三的同时，搬运机构直线模组驱动横向搬运机构平移到磁珠摇匀及灌装机构3所在工位，横向搬运机构的第七滚珠丝杆型直线模组驱动气缸夹爪下降，横向搬运机构的气缸夹爪夹取磁珠摇匀及灌装机构3所在工位的深孔板；然后第七滚珠丝杆型直线模组驱动气缸夹爪上升，搬运机构直线模组驱动横向搬运机构平移到试剂灌装机构4的移动架4-6上方，横向搬运机构的第七滚珠丝杆型直线模组驱动气缸夹爪下降，横向搬运机构的气缸夹爪松开，将深孔板置于试剂灌装机构4的移动架4-6上；接着，横向搬运机构组件2复位。

步骤六、第五滚珠丝杆型直线模组4-7和第六滚珠丝杆型直线模组4-8驱动移动架4-6上的深孔板定位在注射头4-4下方，第四滚珠丝杆型直线模组4-5驱动注射头4-4下降，注射泵将液罐4-2内的试剂抽给注射头4-4，注射头4-4将试剂灌装到深孔板上；最后，试剂灌装机构4复位；作为优选实施例，采用8×12孔深孔板，磁珠已经灌装到第6排和第12排孔内，每次给五个注射头组的注射头抽试剂，分四次将试剂灌装到深孔板上除灌装有磁珠的孔以外的其它各个孔内，每次灌装连续5排的20个孔；每次灌装后，第五滚珠丝杆型直线模组4-7和第六滚珠丝杆型直线模组4-8都要驱动移动架4-6上的深孔板重新定位。