生物样品取材冷冻装置的制作方法

本发明涉及生物样品取材技术领域，具体地说是一种集取材和冷冻为一体的生物样品快速取材装置。

背景技术：

在医学中一般通过手术器械对目标样品进行取材，然后再手动转移到切割管完成取材样品的保存。一般来说，从样本离体到完成保存所需的时间愈短，对样品的损害越少。常规的取材方式，需要用手术器材一层一层的切割，再将需要的样本切成合适的大小，分别放入常规的冻存管，遇到冰冻的样本还需要等待样本解冻。上述方式下，由于操作复杂，所以样品离体到完成保存的时间较长，对于保证取材样品的质量是十分不利的。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供生物样品取材冷冻装置，用于实现对样品的智能化快速取材以及样品的短时间冻存。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：生物样品取材冷冻装置，其特征是，它包括机架、冻存管存放架、管托、冻存管、转移总成、夹持总成和切割驱动总成，在所述机架上设有冻存管存放架，所述冻存管存放架主要包括底座、支撑筒、顶盖、升降气缸、连接杆、升降盘和吸盘，所述底座固定在机架上，在所述底座的顶部转动安装有支撑筒，在所述底座上设有驱动支撑筒旋转的旋转驱动机构；在所述支撑筒的顶部设有顶盖，在所述顶盖的底部设有升降气缸，在所述升降气缸的活塞杆上设有若干连接杆，在所述支撑筒的外壁上设有若干与连接杆一一对应的条形孔，所述连接杆的末端伸入到条形孔中，在所述支撑筒的外侧设有圆环形的升降盘，所述连接杆的末端固定在升降盘的内壁上，在所述升降盘的底部设有若干在同一圆周上均匀设置的吸盘，吸盘通过负压吸附原理吸附冻存管，旋转驱动机构每动作一次支撑筒转动的角度为360度除以吸盘的数目；

所述冻存管为上端敞口的圆柱形中空结构，在所述冻存管的敞口端设有圆环形的切割刀，在所述切割刀的作用端设有若干在同一圆周上均布的切割齿，在所述冻存管的封口端设有若干对锁止孔，在所述冻存管的敞口端螺纹安装有管帽；

在所述冻存管存放架的末端设有转移总成，所述转移总成主要包括第一支架、滑板、平移机构、第二支架、翻转驱动机构和支撑杆，所述第一支架固定在机架上，在所述第一支架上设有滑板以及驱动滑板在水平面内做往复直线运动的平移机构，在所述滑板上设有第二支架，在所述第二支架上转动安装有啮合配合的翻转蜗轮和翻转蜗杆，所述翻转蜗杆与从动锥齿轮共轴设置，所述从动锥齿轮与主动锥齿轮啮合配合，所述主动锥齿轮固定在翻转转电机的输出轴上，所述翻转电机、主动锥齿轮、从动锥齿轮、翻转蜗轮和翻转蜗杆构成了翻转驱动机构；在所述翻转蜗轮的外壁上设有一对支撑杆，翻转电机每动作一次支撑杆在竖直面内摆动180度；

在所述支撑杆上固定有夹持总成，所述夹持总成主要包括第三支架、第一摆杆、第二摆杆、第一夹板、第二夹板、凸轮和分离电机，所述第三支架固定在支撑杆上，支撑杆位于两侧的极限位置时第三支架位于水平面内，在所述第三支架上垂直设置有铰接轴，在所述铰接轴上铰接安装有第一摆杆和第二摆杆，在所述第一摆杆上固定有第一夹板，在所述第二摆杆上固定有第二夹板，第一、第二夹板均为圆弧形结构，在第一、第二夹板的内侧设有柔性垫，在第一、第二摆杆之间设有弹簧，在弹簧的作用下第一、第二夹板围成夹持冻存管的圆形夹持腔；在所述第三支架上设有分离电机，在所述分离电机的输出端设有凸轮，所述凸轮位于第一、第二摆杆之间并在凸轮的外壁上设有一对凸起，所述凸起与第一、第二摆杆接触后克服弹簧的弹力使得第一、第二夹板相互分离；

在所述机架上设有切割驱动总成，所述切割驱动总成主要包括气缸、横臂、壳体、夹持盘、冻存管旋转机构和冻存管锁止机构，所述气缸固定在机架上，在所述气缸的活塞杆上固定有横臂，在所述横臂的底部设有壳体，在所述壳体的内部转动安装有夹持盘，在所述夹持盘上设有一对滑槽，在所述滑槽中滑动安装有锁止杆，在所述锁止杆的下端固定有锁止扣，两锁止扣置于成对的锁止孔中时可实现对冻存管的夹紧，在所述夹持盘上设有锁止电机，在所述锁止电机的输出端设有转轮，在所述转轮上固定有曲柄，在所述曲柄与锁止杆之间设有连杆，锁止电机动作时通过曲柄和连杆驱动两锁止杆的同步靠近或远离，所述锁止电机、转轮、曲柄、连杆、锁止杆和锁止扣构成了锁止机构；在所述壳体内设有驱动夹持盘做旋转运动的冻存管旋转机构；

在所述机架上还设有冻存总成，所述冻存总成主要包括盒体、冰块、隔板和管架，在所述盒体上设有盒盖，在所述盒体的内侧设有四个隔板，所述隔板与盒体的内壁之间围成放置冰块的空腔，在隔板的内侧设有管架，在所述管架上设有若干插放冻存管的插孔。

进一步地，所述旋转驱动机构主要包括旋转电机、旋转齿轮和齿圈，在所述底座的顶部设有安装槽，在所述安装槽中设有旋转电机，在所述旋转电机的输出端固定有旋转齿轮，所述旋转齿轮与固定在支撑筒内壁上的齿圈啮合。

进一步地，所述平移机构主要包括平移电机、齿条和平移齿轮，所述平移电机固定在第一支架上，所述齿条固定在滑板上，所述平移齿轮固定在平移电机的输出端并与齿条啮合。

进一步地，所述冻存管旋转机构主要包括切割电机、第一切割齿轮和第二切割齿轮，所述第一切割齿轮固定在转轴上，在所述夹持盘上固定有密封罩，所述转轴与密封罩固连，在所述壳体内壁设有切割电机，所述第二切割齿轮与第一切割齿轮啮合并固定在切割电机的输出端。

进一步地，所述曲柄为“一”字形结构。

进一步地，与冻存管外壁接触的锁止孔处圆弧过渡。

进一步地，在所述安装槽中设有轴承，所述支撑筒固定在轴承的内圈中。

进一步地，所述盒体、隔板和盒盖均为不锈钢件。

进一步地，在所述壳体的下端设有端盖，在所述端盖上固定有轴承，所述夹持盘固定在轴承的内圈中，在所述端盖上设有避让锁止杆的长槽。

本发明的有益效果是：本发明提供的生物样品取材冷冻装置，可以实现对冻存管的存放，当需要进行样品取材时，冻存管可在旋转驱动机构的驱动下移动，以处于工作位置。夹持总成的设置可以夹持冻存管存放架上的冻存管，在转移总成的作用下将冻存管转移至切割驱动总成处，切割驱动总成上的锁止杆可实现对冻存管的锁止夹持，然后冻存管旋转机构带动冻存管做旋转运动，此时冻存管敞口端的切割刀对生物样品进行旋转切割，与此同时在气缸的带动下冻存管下移，进而将切割下的生物样品储存在冻存管中。冻存总成的设置，可以对冻存管进行短暂的低温保存。本发明可高效实现对生物样品的取材，且工作时无需人工直接操作，解放了人力。

附图说明

图1为本发明的示意图；

图2为冻存管存放架的外形示意图；

图3为冻存管存放架的内部示意图；

图4为冻存管的三维图；

图5为冻存管与切割刀的示意图；

图6为冻存管的剖视图；

图7为管帽的剖视图；

图8为转移总成和夹持总成的示意图；

图9为滑板的驱动示意图；

图10为夹持总成的示意图；

图11为第一、第二夹板张开时的示意图；

图12为夹持总成的翻转驱动机构示意图；

图13为切割驱动总成的示意图；

图14为冻存管旋转机构的示意图；

图15为冻存管锁止机构的示意图；

图16为锁止杆的安装示意图；

图17为冻存总成的示意图；

图18为第一或第二夹板的示意图；

图中：1机架；

2冻存管存放架，21底座，211安装槽，22支撑筒，221条形孔，23齿圈，231旋转齿轮，232旋转电机，24顶盖，25升降盘，251连接杆，26升降气缸，261活塞杆，27吸盘；

3铰接；

4冻存管，41外螺纹，42安装孔，43锁止孔，431圆弧过渡，44管帽，45切割刀，451切割齿；

5转移总成，51第一支架，511滑槽，52滑板，521齿条，522平移齿轮，523平移电机，53第二支架，54翻转蜗轮，541翻转蜗杆，542从动锥齿轮，543主动锥齿轮，544翻转电机，55支撑杆；

6夹持总成，60第三支架，61第一摆杆，611第一固定柱，62第二摆杆，621第二固定柱，63第一夹板，64第二夹板，65弹簧，66分离电机，67凸轮，68凸起；

7切割驱动总成，71进给气缸，72横臂，73壳体，74夹持盘，741密封罩，742滑槽，743锁止电机，744转轮，745曲柄，746连杆，75转轴，751第一切割齿轮，752第二切割齿轮，753切割电机，76端盖，761长槽，77锁止杆，771限位块，78锁止扣，79轴承；

8冻存总成，81盒体，82隔板，83冰块，84管架，85插孔；

9柔性垫。

具体实施方式

如图1至图18所示，本发明主要包括机架1、冻存管存放架2、冻存管4、转移总成5、夹持总成6、切割驱动总成7和冻存总成，下面结合附图对本发明进行详细描述。

如图1所示，机架1为本发明的支撑部件，在机架的顶部设有冻存管存放架2。

冻存管存放架：

如图2、图3所示，冻存管存放架主要包括底座21、支撑筒22、齿圈23、旋转齿轮231、旋转电机232、顶盖24、升降盘25、升降气缸26和吸盘27，底座固定在机架上，底座为冻存管存放架的支撑部件，在底座的顶部设有安装槽211，在底座的上方设有支撑筒22，支撑筒为圆筒形结构，在安装槽的上部固定有轴承79，支撑筒的下端固定在轴承的内圈中。为驱动支撑筒的转动，在安装槽中设有旋转电机232，在旋转电机的输出端设有旋转齿轮231，旋转齿轮与齿圈23啮合，齿圈固定在支撑筒的内壁上。旋转电机、旋转齿轮和齿圈构成了驱动支撑筒旋转的旋转驱动机构。在支撑筒的顶部设有圆形的顶盖24，在顶盖底部的中心设有升降气缸26，在升降油缸的活塞杆261上固定有若干连接杆251，若干连接杆在同一圆周上均匀分布，且连接杆沿辐向设置，在支撑筒的外壁上设有若干条形孔221，连接杆的末端伸入到长条孔中，在支撑筒的外侧设有圆环形的升降盘25，置于条形孔中的连接杆的一端固定在升降盘的内壁上。这样通过连接杆实现升降盘与升降气缸的活塞杆的连接，在升降盘的底部设有若干吸盘27，若干吸盘在同一圆周上均匀分布，吸盘通过负压吸附的原理吸附冻存管。存放冻存管时，将冻存管放置在吸盘上，每驱动旋转电机动作一次，支撑筒转过的角度为360度除以吸盘的个数。

冻存管：

如图4所示，冻存管4为上端敞口的圆柱形中空结构，在冻存管的敞口端的外壁上设有外螺纹41，如图6所示，在冻存管的敞口端的内侧设有安装孔42，在冻存管的封口端的外壁上设有若干对锁止孔43，锁止孔为盲孔，与冻存管外壁接触的锁止孔一端圆弧过渡431，如图5所示，在安装孔中螺纹安装有切割刀45，切割刀为圆环形结构，在切割刀的作用端设有若干在同一圆周上均匀分布的切割齿451，切割齿为三角形结构，切割齿用于切割生物样品。在冻存管的敞口端设有管帽44，如图7所示，管帽为下端敞口的圆柱形结构，在管帽的内侧设有内螺纹。

转移总成：

如图8、图9所示，转移总成主要包括第一支架51、滑板52、平移机构、第二支架53和翻转驱动机构，第一支架51为转移总成的支撑部件，第一支架为U形结构，在第一支架的内壁上设有滑槽511，在第一支架的内侧设有滑板52，滑板与滑槽滑动连接，在滑板与第一支架之间设有平移机构，平移机构主要包括齿条521、平移齿轮522和平移电机523，齿条固定在滑板的底部，在滑板的下方设有平移电机523，在平移电机的输出端固定有平移齿轮522，平移齿轮与齿条啮合配合，通过平移机构驱动滑板的往复移动。在滑板的顶部固定有第二支架53，第二支架为上端窗口的长方体形结构，如图12所示，在第二支架的内侧转动安装有翻转蜗轮54，在所述第二支架的内侧转动安装有翻转蜗杆541，翻转蜗杆与翻转蜗轮啮合，在翻转蜗杆的蜗杆轴上固定有从动锥齿轮542，在第二支架的底部固定有翻转电机544，在翻转电机的输出端固定有与从动锥齿轮啮合的主动锥齿轮543，翻转电机、翻转蜗轮、翻转蜗杆、从动锥齿轮和主动锥齿轮构成了翻转驱动机构。在翻转蜗轮的外壁上固定有两根支撑杆55，两支撑杆的一端与翻转蜗轮固定连接，在两支撑杆的另一端设有夹持总成6。

夹持总成：

如图10所示，夹持总成主要包括第三支架60、第一摆杆61、第二摆杆62、第一夹板63、第二夹板64、弹簧65、分离电机66和凸轮67，第三支架为夹持总成的支撑部件，夹持总成通过第三支架固定在支撑杆上。第三支架为L形结构，在第三支架上设有第一摆杆61和第二摆杆62，第一摆杆的安装端通过铰接轴与第二摆杆的安装端铰接3连接，为避免第一摆杆与第二摆杆摆动时相互之间的干涉，在第一摆杆的侧面与第二摆杆相对的长槽，在摆动过程中第二摆杆可伸入到第一摆杆上的长槽中。在第一摆杆的自由端固定有圆弧形的第一夹板63，在第二摆杆的自由端固定有圆弧形的第二夹板64，通过第一夹板和第二夹板的配合作用实现对冻存管的夹持。为避免第一、第二夹板将冻存管夹变形，如图18所示，在第一、第二夹板的内侧设有柔性垫9，以避免冻存管被夹瘪。

在第一摆杆的自由端的顶部固定有第一固定柱611，在第二摆杆的自由端的顶部固定有第二固定柱621，在第一固定柱与第二固定柱之间设有弹簧65，在弹簧的作用下第一、第二夹板围成夹持冻存管的圆形夹持腔。为驱动第一、第二摆杆向两侧摆动使得第一、第二摆杆相互分离，在第一摆杆与第二摆杆之间设有分离电机66，分离电机固定在第三支架上，在分离电机的输出端设有凸轮67，在凸轮的外壁上设有凸起68，凸轮的设置使得凸轮上具有两个最高点，凸起的外壁光滑。如图11所示，驱动分离电机转动，使得凸轮上的凸起之逐渐与第一、第二摆杆接触，此时在凸轮的挤压作用下克服弹簧的弹力，使得第一、第二摆杆相互分离，进而使得第一夹板与第二夹板分离，此时通过平移机构驱动滑板向靠近冻存管存放架所在的一侧移动，直至冻存管置于第一、第二夹板之间，随后驱动分离电机转动，直至凸轮上的凸起与第一、第二摆杆分离，此时第一夹板与第二夹板配合作用将冻存管夹紧，且冻存管的敞口端朝上。随后，驱动平移电机输出反向的旋转运动，此时滑板向远离冻存管存放架的一侧移动；当第一、第二夹板从第一支架的下方移开后，翻转电机动作，使得第三支架翻转180度，此时冻存管的敞口端朝下。为实现对冻存管的再次夹持，实现对生物样品的取材，在转移总成的右侧设有切割驱动总成7。

切割驱动总成：

如图13至图15所示，切割驱动总成主要包括进给气缸71、横臂72、壳体73、冻存管旋转机构和冻存管锁止机构，竖向放置的进给气缸71的缸筒固定在机架上，在进给气缸的活塞杆自由端固定有横臂72，横臂位于水平面内，横臂的安装端与气缸的活塞杆固连，在横臂的自由端的底部设有壳体73，如图14所示，壳体为下端敞口的圆柱形中空结构，在壳体内腔的下部设有夹持盘74，如图15、图16所示，夹持盘为圆形结构，在夹持盘上设有一对滑槽742，两滑槽关于夹持盘的圆心中心对称。在滑槽中滑动安装有锁止杆77，锁止杆沿夹持盘的轴向设置，锁止杆的下部位于夹持盘的下方，在锁止杆的下部固定有锁止扣78，锁止扣为圆柱形杆，锁止扣与锁止杆垂直设置，锁止扣的一端与锁止杆固连，锁止扣的另一端为半球形。在锁止杆的顶部固定有位于夹持盘上方的限位块771，限位块的设置可以防止锁止杆从夹持盘上掉落。在夹持盘的中心设有锁止电机743，在锁止电机的输出端设有转轮744，在转轮的顶部固定有曲柄745，曲柄为一字形杆，曲柄的中部固定在转轮的轮轴上，在曲柄的一端与其中一个限位块之间设有连杆746，在曲柄的另一端与第二个限位块之间设有连杆746，连杆与曲柄铰接3，连杆与限位块铰接。锁止电机工作时，驱动转轮和曲柄的转动，继而通过连杆驱动锁止杆在滑槽中的滑动，且两锁止杆同时远离转轮或同时靠近转轮。锁止电机734、转轮744、曲柄745、连杆746、锁止杆、夹持盘和锁止扣构成了冻存管锁止机构。

在夹持盘的顶部固定有密封罩741，密封罩罩在冻存管锁止机构的外部，密封罩与夹持盘固定连接。在密封罩的顶部固定有转轴75，转轴转动安装在壳体的内部，在转轴上固定有第一切割齿轮751，在壳体的顶部设有切割电机753，在切割电机的输出端固定有与第一切割齿轮啮合的第二切割齿轮752，切割电机、转轴、第一切割齿轮和第二切割齿轮构成了冻存管旋转机构。

为便于安装、实现密封，在壳体的底部设有端盖76，在端盖上设有容锁止杆移动的长槽761。在端盖上固定有轴承79，夹持盘固定在轴承的内圈中。夹持总成翻转180度并在平移机构的作用下冻存管位于夹持盘的正下方后，气缸活塞杆缩回一段，此时锁止孔与锁止扣位于同一水平面内，驱动切割电机低速动作，使得锁止扣与锁止孔对齐后，锁止电机动作使得锁止扣伸入到锁止孔中，此时便实现了对冻存管的夹持，随后在分离电机的作用下第一、第二摆杆分开，在平移机构的作用下夹持总成向靠近冻存管存放架的一侧移动，然后翻转电机动作使得夹持总成反向旋转180度后复位。最后，切割电机高度旋转，同时气缸的活塞杆缓慢缩回，此时冻存管敞口端的切割刀对生物样品进行旋转切割，冻存管一边旋转的同时一边下降，所以切割下来的生物样品便进入到冻存管中，当切割量达到要求时，使切割电机停止动作即可，此时驱动气缸活塞杆伸出，将冻存管从生物样品中拔出。驱动锁止电机输出反向旋转运动，使得锁止杆向远离转轮的一侧移动，此时锁止扣逐渐将冻存管松开，当冻存管从切割驱动总成上移开后，便可将管帽安装在冻存管上，此时可将冻存管放入冻存总成中进行保存。

冻存总成：

如图17所示，冻存总成主要包括盒体81、隔板82、冰块83和管架84，盒体为长方体形的塑料件或不锈钢金属件，在盒体上设有盒盖，在盒体的内侧设有隔板82，隔板设置有四个且四个隔板围成一个方形结构，隔板与盒体内壁之间围成密闭的空腔，在该空腔中放置冰块83，在隔板的内侧放置有管架84，管架整体成长方体形，在管架上设有若干插孔85，在插孔中插放冻存管。将冻存管插放在插孔中，盖上盒体的盒盖，可以实现对冻存管的短暂低温保存。盒盖、盒体和隔板均为塑料件或不锈钢金属件。