一种旋转开关盖装置及其开关盖方法与流程

1.本发明涉及生物生化实验医疗卫生技术领域，具体涉及一种旋转开关盖装置及其开关盖方法。


背景技术：

2.目前在生物生化实验中、医疗卫生系统中以及公共卫生安全中，基本都开始采用采样管对于样本液进行保存，例如动植物切片组织，动物及人类血液、分泌物、排泄物，动物及人类的鼻拭子、咽拭子、肛拭子等等的采集保存液，都涉及到采用采样管等类型的样本容器进行保存。随着生活质量的提升和人类对于健康生活品质要求的提升，越来越多的样本被采集处理，进而进行进一步的实验。而采集到的样本大多需要经过较长距离转运，或者其他的前置程序处理，例如公共卫生相关的大规模体外检测样本，需要转运至实验室进行pcr实验，部分情况下采集血液需要真空管，还需要对于采集到的血液进行离心等操作，因此一般使用的样本容器为带有盖子的采样管类型，因此在进行进一步的实验之前需要对于样本容器进行开盖处理，使用完成之后需要对于使用完成的样本容器再进行关盖处理以避免后续的污染。目前最多的处理方式为人工开关盖操作，在样本量大的情况下，工作人员在手动移除插头往往会造成人身伤害，而且开盖过程中有可能因为盖子拧紧程度、开盖人员开关盖姿势以及使用力的大小等差异，造成样品散落而导致人员感染，以及其他容器中样品的污染。
3.为了避免样品的飞散和飞溅，一些传统盖帽移除小改进被提出，例如，人们给盖帽提供扭转或圆弧等着力点，然后用较轻的力将其从容器中取出，或者在将盖从容器中取出之前降低盖的移除速度。还有另一种装置，它具有一个用于从盖接收和收集液滴的盘子，以防止在移除盖时无意的样品溅落。然而，这些传统装置不能防止样品完全散开或飞溅。中国发明专利zl201280037856.5 就提供了一种辅助于人工开关盖的工具，然而该设计仍然存在用力均匀度和盖子盖合方式有限制等问题，在当多个容器同时以批量方式置于盖移除过程之下时，该工具不能完全防止污染。
4.目前体外检测也更多地走进了人们的生产生活中，成熟的体外检测技术，因特异性强、灵敏度高、检测窗口期短等优点已被广泛应用于临床检验、疾病防控、食品安全检测、进出口检疫检测等多种场景中。在对样本检测前，通常需要对样本容器进行开盖和合盖，而人工开盖上盖操作在显著增加检测人员暴露风险的同时，长时间作业也极大加重了检测人员的工作负担。因此，针对类似场景下短时间大样本量的检测应用，如何高效准确的实现样本容器的自动开合，并且能够小型化以应用于体外诊断仪器是目前需要解决的主要问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于：针对上述存在的问题，本发明提供了一种代替人工，能够应用于大样本量的检测，并实现样本容器自动开合的旋转开关盖装置及其开关盖方法。
6.本发明采用的技术方案包括一种旋转开关盖装置和使用其实现样本容器的开关
盖方法两方面内容。
7.第一方面，本发明提供的旋转开关盖装置，作用于包括容器本体和容器盖的样本容器，包括：旋盖机构，用于驱动所述容器盖从所述容器本体上旋开或旋紧；升降机构，用于驱动所述旋盖机构进行升降运动；检测机构，用于检测所述旋盖机构上升过程中所述容器盖和/或容器本体的存在与否；控制器，能控制所述旋盖机构和/或升降机构的运行。
8.优选地，所述检测机构能在所述旋盖机构上升过程中进行不少于两次的检测。
9.优选地，所述旋盖机构与所述升降机构由不同的动力驱动装置所驱动。
10.优选地，所述控制器在至少部分的时间段内驱动不同的动力驱动装置使得所述旋盖机构的至少部分与所述升降机构的至少部分均进行旋转运动，实现所述容器盖的旋开或旋紧。
11.第二方面，本发明提供了一种使用第一方面的旋转开关盖装置实现的开关盖方法包括以下步骤：
12.s1、所述样本容器位移至初始位置；
13.s2、所述控制器控制所述升降机构运行使所述开关盖装置下降至与目标样本容器对应的位置；
14.s3、所述控制器控制所述旋盖机构逆时针或顺时针旋转，带动所述容器盖逆时针或顺时针旋转，从而实现所述容器盖的旋开或旋紧；
15.s4、所述旋盖机构上升过程中所述检测机构检测所述容器盖和/或容器本体的存在与否。
16.优选地，所述步骤s4包括两个子步骤：
17.s41、所述旋盖机构上升至第一位置处时，所述检测机构检测所述旋盖机构是否直接或间接连接有所述容器盖；
18.s42、所述旋盖机构上升至第二位置处时，所述检测机构检测所述旋盖机构是否直接或间接连接有所述容器本体。
19.优选地，开关盖方法还包括预警步骤s5：所述控制器依据所述检测机构检测的两次的检测结果判定所述容器盖与所述容器本体是否正确旋开或旋紧。
20.优选地，所述步骤s1之前还包括扫描步骤：扫描所述样本容器上的识别码获得对应的样本信息。
21.优选地，在所述步骤s3中至少部分时间段内，所述控制器还同时驱动所述升降机构带动所述旋盖机构运动，使得所述容器盖与所述容器本体接近或远离，实现所述容器盖的旋开或旋紧。
22.优选地，在所述步骤s3中，所述旋盖机构在所有运动时间段中的至少部分时间段内以不同的运转速度运转进行所述容器盖的旋开或旋紧。
23.综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
24.1、本发明提出的旋转开关盖装置，包括在旋盖机构上升过程中进行所述容器盖和/或容器本体的存在与否检测的检测机构，可通过不少于两次的检测，控制器给出样本容器开关盖的动作是否真正执行成功，防止了单次检测所考虑不到的样本容器可能被卡接，开关盖执行错误其他状况等从而导致了系统运行不可靠甚至对实验人员存在污染风险等问题，系统可以高自动化地完成样本容器的开关盖操作及检测，最大限度地减少了人工参
与程度。
25.2、配合本发明装置的开关盖方法，同样在样本容器上升过程中进行不少于两次的检测，进一步预警步骤可以在检测步骤存在异常时及时发出告警信息，并在控制器能给出解决措施的前提下继续运行，从而不至于发生存在告警信息而导致的系统无法运行的现象，配合扫描步骤可以对于样本进行识别，一方面可建立起数据库信息，另一方面也能够实现对于运行实验是否匹配等信息进行验证。
26.3、在至少部分时间段内，所述控制器还同时驱动所述升降机构带动所述所述旋盖机构运动，使得所述容器盖与所述容器本体接近或远离，实现所述容器盖的旋开或旋紧，如此可以实现样本容器开关盖效率的提升，不至于使得简单的开关盖操作成为影响系统运行效率的节点，进一步通过开关盖过程中至少部分时间段内以不同的运转速度运转进行所述容器盖的旋开或旋紧，在旋开的过程中后半程的加速旋转可以保证容器盖和容器本体最可靠地脱离，最大限度避免两者存在结合的风险。
附图说明
27.图1为本发明所提供的一种八通道旋转开关盖装置旋入容器盖过程的示意图；
28.图2为本发明所提供的一种八通道旋转开关盖装置带动容器盖运动从而实现旋紧或旋开容器盖示意图；
29.图3为本发明所提供的一种八通道旋转开关盖装置完成开盖后上升至第一检测位置进行所述容器盖是否存在的检测示意图；
30.图4为本发明所提供的一种样本容器开盖或关盖流程示意图；
31.图5为本发明所提供的另一种样本容器开盖或关盖流程示意图。
32.图中标记：样本容器架1，样本容器2，容器盖20，容器本体21，旋盖机构3，旋转电机30，连接头31，升降机构4，检测机构5。
具体实施方式
33.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
34.因此，以下对在附图中提供的本技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本技术的范围，而是仅仅表示本技术的选定实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
35.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
36.图1可以为本发明所使用的开关盖装置，图中示意了八个样本容器2同时操作的方案，实际使用中并不一定使用八个样本容器2同时开关盖的并联结构设计，实际可以按照仪器需求设计出多于或者少于八个样本容器2的数量，此处并不限定。从整体结构来看开关盖装置包括旋盖机构3、升降机构4和检测机构5。样本容器2可被放置于样本容器架1上，此处
对应的样本容器2数量为八个，样本容器架1包括八个对应的样本容器2接收孔位，进一步所述样本容器架1的接收孔位中包括光电检测单元，当所述样本容器2被放置进入对应的接收孔位时，所述光电检测单元被触发可以输出样本容器2放置正确信号，进一步所述检测单元还包括连接的光电单元，当所述样本容器2正确放置时所连接的光电单元发射的光进入并照亮所述样本容器2内样本液，可以实现对于操作者提醒的作用。图1(a)示意了一种在样本容器架1中接收孔位包括了全部的八个对应样本容器2的情形，其中样本容器2可以为血液采集管、分泌液采集管、排泄物采集管、动植物组织保存管、鼻拭子、咽拭子肛拭子采集管等等，此处以进行体外检测使用的鼻拭子、咽拭子肛拭子等为示例，其可以为单拭子的单样本采集管，5：1类型的混采管，10：1类型的混采管和20：1类型的混采管，此处并不限定，所述样本容器2包括容器盖20以及与其螺旋连接的容器本体21，所述容器本体21设有底座(图未示)，为防止所述样本容器2 在容器盖20旋紧或旋开的过程中产生滑动而导致的开关盖失败现象，样本架1 的接收孔位内设置配合所述容器本体21的卡合结构，操作者在实验开始前将所述样本容器2插入所述样本架1的装载孔中。所述旋盖机构3和升降机构4 连接。所述旋盖机构3包括与所述容器盖20旋接的连接头31，所述连接头31 由旋转电机30驱动，旋转电机30即为旋盖机构3的动力驱动装置，所述连接头31上开设有适配于容器盖20的内螺纹，能够通过旋转电机30驱动旋入容器盖20中，使连接头31与容器盖20螺纹连接，一种实施例中选择齿轮连接在旋转电机30和连接头31之间进行传动，其他实施例也可以选择同步带等其他传动方式；另外，一种实施例中的升降机构4选择丝杆电机作为其动力驱动装置进行驱动和传动。为了增大样本检测通量，提高检测效率，本实施例选择两个旋转电机30同时驱动八个连接头31旋转，通过齿轮相互啮合进行传动，可同时执行八个样本容器2的开关盖操作。
37.为了检测开关盖操作的执行情况，在所述升降机构4上还设置有检测机构 5，通过检测所述旋盖机构3上升过程中所述连接头31是否旋有容器盖20或所述容器盖20是否旋有容器本体21来判断开关盖操作是否执行成功。一种实施例中选择光电传感器作为检测机构5，利用被检测物对光束的遮挡或反射，来检测容器盖20或容器本体21的有无。实际应用时，该装置所包括的各机构，可以通过开关盖装置中的控制器实现。另外，本发明实施例提供的装置可以作为分子检测仪器配套的一种自动化执行装置，应用于自动化处理系统中的样本处理单元。
38.所述样本容器2位移至初始位置，初始位置可以为所述样本容器2与所述旋盖机构3的连接头31对齐或基本对齐的位置，此时升降机构4的驱动电机带动所述旋盖机构3下降，当下降至预定位置时，例如可以为所述连接头31 与所述容器盖20间距为0～10mm位置时，控制器可以控制驱动所述连接头31 的旋转电机30同时运转，实现在下降过程中同时旋转保证了开关盖连接的效率，连接过程中连接头31可以采用匀速的旋转运动也可以采用变速的旋转运动，同时升降机构4的丝杆电机也可采用匀速或者变速的旋转速度，当然此时的升降机构4下降速度最优地小于之前只带动所述连接头31下降的速度，图1 (b)示意了在丝杆电机与连接头31被控制下完全连接上所述容器盖20的示意图，当然两者可以不同时停止，例如可以采用首先停止所述丝杆电机，而在间隔一定时间后再停止驱动所述连接头31的旋转电机30的方式，如此可以保证所述容器盖20被更可靠地连接在所述连接头31上。
39.如图2所示，当所述连接头31与所述容器盖20正确连接之后，所述连接头31由控制
器控制按照与连接过程中相反的旋转方向旋转，进而带动所述容器盖20从所述容器本体21上旋松，在开始旋松时间内所述升降机构4可以不工作，以保证连接头31可以对于所述容器盖20施加最大的扭矩，从而保证所述容器盖20能够被更可靠地打开，另一方面也避免了初始阶段直接运行升降机构4会对于连接头31和容器盖20的螺纹处施加更大的轴向压紧作用，如此螺纹连接中的摩擦阻力将大大增加，可能导致容器盖20无法打开的现象，为了保证开盖过程的可靠运行，如图2(b)的局部放大示意图所示，所述连接头 31包括多个突起形成的啮合齿部，其可保证在旋紧或者旋开过程中容器盖20 能被可靠且部产生相对滑动地连接。当所述连接头31拧松所述容器盖20后，此处可以设定时间控制或者设定旋转圈数控制，达到条件后所述升降机构4配合所述连接头31一起运动，实现了容器盖20开盖效率的提升，当所述容器盖 20与所述容器本体21旋开一定程度，例如旋松一半或者略少于一半的螺纹时，增加所述连接头31的旋转运行速度，如此可以实现在旋开容器盖20的过程中所述容器盖20与所述容器本体21更容易地被分离，从而利用了增加的速度所引入的甩出力作用，实现了更可靠地分离两者的效果。
40.图3示意了当容器盖20与容器本体21分离后的情景，当两者分离后所述控制器控制所述连接头31的驱动电机30停止运行，此时只有升降机构4的丝杆电机驱动所述旋盖机构3，在丝杆电机带动所述旋盖机构3上升过程中，当旋盖机构3到达第一位置时，对应于样本容器2数量设置的多个检测机构5可以进行检测，此处的检测机构5可以为多个光电开关或者其他类型的光电传感器，距离传感器等等，在开盖步骤中，由于连接头31连接有所述容器盖20，因此在第一位置检测时，当所述检测机构5识别到有遮挡检测光线的遮挡体，可以判定出此时连接头31已经连接上容器盖20，而当其中某连接头31未检测到连接的容器盖20时，有如下不同的情况：1、可能由于样本容器2添加时未饱和操作，该孔位在初始状态就未放置样本容器2，此时属于正常情况，装置可以正常继续运行；2、样本容器2饱和放置，开盖存在问题，控制器可控制所述旋盖机构3重新进行样本容器2的开盖尝试并产生错误告警，当控制器进行一次或者多次尝试仍出现错误，此时控制器可产生警报信息通知操作员来进行具体处理，当尝试成功实现了所有连接头31均连接好所述容器盖20后，所述升降机构4进一步带动所述旋盖机构3向上运动，当上升至第二位置时所述检测机构5进行进一步检测，此时可以进行所述容器本体21是否直接或间接地被连接至所述连接头31，当检测到至少部分存在被连接的容器本体21时，所述控制器可产生警告，并进行再次开盖尝试，当控制器进行一次或者多次尝试仍出现错误，此时控制器可产生警报信息通知操作员来进行具体处理，而当旋盖机构3上升过程中两次的检测结果为容器盖20存在，且容器本体21不存在，此时控制器可以给出最终的样本容器被正确开盖操作，设备可以开展后续的样本液转移等操作，当完成对应所有操作后控制器控制实现样本容器2的关盖旋紧操作，整个过程和开盖类似此处不再赘述，在进行容器盖20是否正确完成旋紧关闭的判定上两者有稍许差别，完成关盖后旋盖机构3上升至与开盖相同或者相近的第一位置进行检测，此时连接头31正确的情况应该为不连接有容器盖20，此处只需判定一次一般情况下即可实现对于旋紧过程是否正确执行的判定，而不需要再进行容器本体21是否存在的判定，当然为了保证判定的可靠性也可以在开盖过程中的第二位置或者近似于第二位置的位置进行二次检测判定，此处并不限定。
41.图4为本发明提出的一种利用上述开关盖装置实现的开关盖方法示意，包括以下
步骤：
42.s1：所述样本容器位移至初始位置；此时既可以为控制器控制下的驱动电机驱动自动运行至初始位置，也可以为人工推送至初始位置，此处并不限定，再次之前可以配置扫描设备对于样本容器上的识别码例如可以为条形码、 frid、二维码等至少之一的识别码进行识别，之后对于识别的信息进行处理建立相应的数据库信息，同时也可以生成实验信息来指导后续实验试剂等的准备。
43.s2：所述控制器控制所述升降机构运行使所述开关盖装置下降至与目标样本容器对应的位置，此处可以采用类似于图1相应的描述，将所述旋盖机构下降至特定位置开始执行开关盖操作；
44.s3：所述控制器控制所述旋盖机构逆时针或顺时针旋转，带动所述容器盖逆时针或顺时针旋转，从而实现所述容器盖的旋开或旋紧，整个过程类似于图 1～图3的相应操作步骤和开盖方法，此处不再赘述；
45.s4：所述旋盖机构上升过程中所述检测机构检测所述容器盖和/或容器本体的存在与否，也就是设置了对应的检测位置保证检测机构不动而旋盖机构上升运动的相对运动型检测方式，保证了整个检测的可靠性，检测方式也类似于之前的描述此处不再赘述。进一步，所述旋盖机构上升过程中所述检测机构检测所述容器盖和/或容器本体的存在与否的步骤包括两个子步骤：
46.s41：所述旋盖机构上升至第一位置处时，所述检测机构检测所述旋盖机构是否直接或间接连接有所述容器盖；
47.s42：所述旋盖机构上升至第二位置处时，所述检测机构检测所述旋盖机构是否直接或间接连接有所述容器本体，利用两次检测来进行判定的方法之前也已经描述此处不再重复。控制器的预警方式分为警告和警报等形式，警告情况下可以通过控制器协调而进行自我修复恢复运行，只作为异常信息存储于运行日志即可，而警报信息一般需要操作人员人工干预修复后才能继续运行。旋盖机构的连接头运转速度的差异化可以实现更可靠且高效率的运行，具体细节可参照之前描述。
48.图5提供一种更具化的旋转开关盖控制方法，应用于旋转开关盖装置中，该方法包括：
49.步骤一：扫描所述样本容器上的条码以获取样本信息；
50.一种实施例中，操作者可以手持样本容器将条码对准仪器内置的扫码口或外置的扫码枪，扫码识别实验所需的样本信息，通过控制器将相关样本信息录入实验室信息系统(lis)进行记录和管理。
51.这里所述的样本信息包括样本位置、样本编号、样本类型、实验项目等相关信息，所述信息可以经lis传递至其他单元进行处理，实现lis信息接入和传送，以便后续流程中提取信息。
52.步骤二：控制所述样本容器位移至开关盖装置对应的初始位置；
53.运行之前，操作者将样本容器固定至样本架中并启动实验。
54.这里，控制器根据预先构建的空间坐标系可以确定旋转开关盖装置的初始位置和样本容器位置，根据控制器的控制指令，位移驱动机构控制样本容器位移至旋转开关盖装置的初始位置。
55.一种实施例中，位移驱动机构包括水平方向的运动单元，通过驱动样本容器沿水平方向移动，使得样本容器与旋转开关盖装置在水平面上的投影方向对齐。
56.步骤三：控制所述开关盖装置下降至目标样本容器对应的位置；
57.这里，控制器根据预先构建的空间坐标系可以确定目标样本容器的位置，根据控制器的控制指令，升降机构控制旋盖机构沿第一轴向设定阈值下降以接触容器盖，所述第一轴向为所述目标样本容器的高度方向。
58.为了确保在第一轴向上的位移符合精度要求，一种实施例中，设置驱动所述旋盖机构沿所述第一轴向位移的电机的失步数超出设定范围，输出报警信号，以提醒操作者进行初始化校正。实际应用时，该设定范围可以基于在竖直方向上旋转开关盖装置与样本容器配合的精度要求来合理设置，以决定旋转开关盖装置与容器盖接触时在竖直方向上的长度误差值。
59.步骤四：控制所述开关盖装置一边下降一边逆时针或顺时针旋转，带动所述容器盖逆时针或顺时针旋转，从而实现所述容器盖的旋开或旋紧；
60.这里，控制器发出指令，升降机构控制旋盖机构继续沿第一轴向下降；同时，旋盖机构控制连接头沿第一旋向逆时针或顺时针方向设定阈值旋转，所述第一旋向为所述容器盖的螺旋方向。
61.一种实施例中，所述容器盖分别和连接头及容器本体的螺纹连接部螺距相等且螺纹旋向相反。开盖过程中，当所述连接头旋紧容器盖，继续逆时针旋转至容器盖脱离容器本体；关盖过程中，当所述连接头旋开容器盖，继续顺时针旋转至容器盖盖合在容器本体。
62.步骤五：控制所述开关盖装置上升至第一设定位置，检测所述开关盖装置是否旋有所述容器盖；
63.这里，控制器根据预先构建的空间坐标系可以确定旋转开关盖装置的初始位置和第一设定位置，根据控制器的控制指令，升降机构控制旋盖机构沿第一轴向设定阈值上升至第一设定位置，检测机构检测是否存在经容器盖反射的光线并反馈至控制器，以识别开关盖操作的执行情况。
64.具体地，开盖过程中，若检测机构检测到经容器盖反射的光线，则实验继续；若没有检测到，则开盖失败并输出报警信号；关盖过程中，若检测机构没有检测到经容器盖反射的光线，则实验继续；若检测到，则关盖失败并输出报警信号。
65.步骤六：控制所述开关盖装置上升至第二设定位置，检测所述容器盖是否旋有所述容器本体；
66.这里，控制器根据预先构建的空间坐标系可以确定旋转开关盖装置的初始位置和第二设定位置，根据控制器的控制指令，升降机构控制旋盖机构沿第一轴向设定阈值上升至第二设定位置，检测机构检测是否存在经容器本体反射的光线并反馈至控制器，以识别开盖操作的执行情况。
67.具体地，开盖过程中，若检测机构没有检测到经容器本体反射的光线，则实验继续；若检测到，则开盖失败并输出报警信号。
68.其中，所述第二设定位置在所述第一轴向方向高于所述第一设定位置。
69.本文中应用了具体的实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本分明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通
技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本分明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
70.需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
71.在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。