一种高效微生物样本前处理系统的制作方法

本发明属于医疗器械技术领域，特别涉及一种高效微生物样本前处理系统。

背景技术：

临床微生物检验是医疗机构疾病诊断、抗生素合理使用、医院感染控制等领域不可或缺的帮手。微生物标本前处理是检验中的重要环节，工作量大，花费时间长，处理结果也直接影响后续所有检测的准确性。正因如此，如何高效高质地处理微生物标本，成为提高微生物检验速度、效率和质量的难题。

目前国内医疗机构微生物实验室的培养基划线接种工作主要依赖手工操作，工作人员在接种过程中由于和临床标本的近距离接触，自身也面临生物感染的风险。另外，手工操作受人为因素的影响很大，操作的随意性、非标准性和误差等经常导致标本划线接种不当而引起培养结果的错误。因此，一种全自动的具有标准处理能力的微生物样本处理系统对市场显得尤为亟需。

技术实现要素：

本发明针对上述问题，特提出了一种高效微生物样本前处理系统。

本发明的技术方案如下：

一种高效微生物样本前处理系统，包括：具有摇床的样本位、样本管夹取及开盖上盖装置、消毒灭菌装置、平面运动接种装置、未处理平皿仓位、已处理平皿仓位、平皿抓取及开盖扣盖装置、接种台、自动贴标装置、培养皿回仓装置。

其中，样本位包括有在基板底部安装的摇床，该摇床上具有一定数量的管孔且各管孔的孔径大小与样本管相匹配以用于放置样本管。

把待检样本管放置在摇床的管孔中，当仪器启动后，样本管内的样本随摇床震荡，可促进样本的均质化处理，提高样本的检出率。

样本管夹取及开盖上盖装置包括有位于样本位一侧的机械臂，该机械臂为具有x轴、y轴和z轴方向传送的3轴机械臂，机械臂上安装有实现对样本管进行夹取、开盖以及上盖操作的夹头；上述的样本管夹取及开盖上盖装置还包括有位于取样位并用于固定样本管的样本管固定夹。

当仪器启动后，可通过3轴机械臂及其上的夹头来实现样本管的夹取和转运，即由夹头抓取样本位上的样本管（夹头抓取的部位为样本管上部的盖子），并通过机械臂将样本管由样本位转移至取样位，再由取样位上的样本管固定夹对样本管进行夹紧固定；之后，机械臂上的夹头逆时针旋转以将样本管的盖子旋开，旋开后由机械臂移动至一侧；待取样结束后，机械臂控制夹头再次移动到样本管上方，向下运动，当盖子被按压到样本管的管口时，旋转电机驱动夹头旋转以将盖子旋紧，之后机械臂控制夹头向上运动以与样本管盖子脱离，完成上盖。上盖后，控制样本管固定夹松开，样本管落入样本管暂存区。

作为上述方案中夹头的一种优选结构，上述的夹头是通过旋转电机安装在机械臂上，夹头的管壁内设置有能够卡套在样本管盖子上的内置弹簧。夹取时：机械臂控制夹头移动到样本管上方并向下移动，依靠压力能够将样本管的盖子套进夹头的内置弹簧里，实现对样本管的夹取；开盖时：通过控制旋转电机逆时针旋转，能够将样本管盖子旋开；上盖时：机械臂控制夹头将盖子按压到样本管的管口，旋转电机顺时针旋转将盖子旋紧，之后机械臂控制夹头向上移动，利用向上拉力使弹簧与样本管盖子脱离，完成上盖。

作为上述方案中样本管固定夹的一种优选结构，上述的样本管固定夹是由两片夹片组成的夹子构成，两夹片分别安装在由电机带动的小型传送装置上。

消毒灭菌装置为高温电磁灭菌器。

平面运动接种装置包括有与基板相连的垂直传送机构（垂直电杆），垂直传送机构的上端安装有由电机带动的水平旋转支撑座，水平旋转支撑座上安装有水平传送机构，水平传送机构上安装有接种环固定装置，接种环固定装置内设旋转电机，在旋转电机带动下旋转调整接种环位置。

工作时：垂直传送机构将接种环插入高温电磁灭菌器中进行消毒杀菌，待消毒杀菌完毕后，垂直传送机构向上运动拔出接种环。经过水平旋转支撑座的旋转，将接种环旋转至已开盖样本管处，向下移动蘸取样本。取样完成后旋转至接种台。

未处理平皿（培养皿）仓位的底部与旋转电机相连，且其上圆周分布有一定数量的培养皿仓储位，培养皿仓储位的底部具有一圈卡沿以承托培养皿；在靠近接种台的一侧设置有位于培养皿仓储位底面下的培养皿托送装置，该培养皿托送装置由垂直传送机构和其顶部直径小于培养皿仓储位底部卡沿内径的培养皿托片组成。

工作时：未处理培养皿仓位在其底部的旋转电机作用下旋转，将要接种的培养皿仓储位旋转至培养皿托送装置位置处。培养皿托送装置下方的垂直传送机构向上运动，垂直传送机构顶部的培养皿托片顶住培养皿仓储位上的培养皿向上运动至将培养皿推出培养皿仓储位。

平皿抓取及开盖扣盖装置位于未处理培养皿仓位的外侧，包括有连接于基板上的垂直传送机构（垂直电杆），在垂直传送机构的顶端安装有由电机带动的水平旋转支撑座，水平旋转支撑座上安装有水平传送机构，水平传送机构的一端安装有电爪，电爪的施力点位置安装转轮以便在抓取培养皿或培养皿盖的过程中实现自动对中。平皿抓取及开盖扣盖装置将电爪旋转至未处理培养皿仓位上部，夹取已被推出的培养皿至接种台。

平皿开盖扣盖：电爪抓取培养皿下部并将培养皿带到接种台上，之后，电爪上移一定位置并抓取培养皿盖，电爪继续上移以取下培养皿盖，并通过水平旋转支撑座的旋转来将培养皿盖旋转至一侧；待划线结束后，再将电爪上的培养皿盖旋转至培养皿上方，下移扣盖。

接种台：培养皿接种台下部安装有旋转电机，整体安装在一接种台支撑架上。接种台支撑架安装在水平传送装置上，在电机的带动下培养基接种台沿水平传送装置移动。

工作时：培养皿置于接种台开盖后，接种机械臂旋转至接种台上方，接种环固定装置旋转调整接种环位置，使接种环倾斜于培养基上方。接种时，接种机械臂沿前后水平移动，使接种环在培养基上沿y轴运动；接种台在其下方的水平传送装置作用下左右往返移动，使培养皿沿x轴运动，双方运动轨迹叠加实现样本的划线接种。当划线接种完一个区域后，接种台在旋转电机作用下，使培养基换一个角度，然后再按照上述划线接种方式实现另一区域的划线接种。通过上述接种方式可实现微生物样本前处理系统的3区划线、4区划线、丰字划线及螺旋划线等不同的划线方式。

自动贴标装置包括有一基座，在基座上安装一旋转电机，旋转电机一端连接一旋转支架，旋转电机转动能够带动旋转支架在竖直平面内转动，在旋转支架的前端的下方固定连接有标签吸附面板，可通过螺栓固定连接，标签吸附面板设有吸气孔，标签吸附面板下方放置标签限位装置，其中一真空泵的吸气端与标签吸附面板连接，真空泵的出气端与标签限位装置连接。

标签自动粘贴装置的工作大致如下：首先，旋转电机带动旋转支架在竖直面内顺时针旋转，旋转支架同时带动标签吸附面板旋转，当旋转支架上部旋转至水平状态时，停止旋转，这时旋转支架上的标签吸附面板刚好位于打印机出纸口位置上方位置，标签限位装置放置于标签吸附面板的正下方，即打印机出纸口位置的下方，从打印机打印出来的标签光滑面朝上，黏胶面朝下，这时打开真空泵，标签限位装置连接真空泵出气端向上朝标签下表面吹气，真空泵吸气端产生负压使标签被吸附在标签吸附面板上，这时旋转电机再次开启反方向旋转，带动旋转支架在竖直面内逆时针旋转，当旋转支架上部旋转至水平状态时，即在竖直面内逆时针旋转180°，这时标签吸附面板上吸附的标签黏胶面朝上，将培养皿送至标签处，使培养皿的底部刚好位于标签上方，然后夹持培养皿向下完成贴标动作。

培养皿回仓装置：在已处理培养皿仓的一侧安装有培养皿传送装置，该培养皿传送装置的高度低于已处理培养皿仓的底面；在培养皿传送装置的一端安装有培养皿推动板，在靠近已处理培养皿仓的一端安装有培养皿推送装置，培养皿推送装置的结构同上述的培养皿托送装置相同。已处理培养皿仓结构与未处理培养皿仓位大体相同，区别为已处理培养皿仓的仓储位底面安装有对称的两片培养皿托板，培养皿托板的外侧与仓储位铰接，内侧只能向上转动。培养皿推送装置上培养皿托片的直径小于两对称托板之间的距离，培养皿推送装置的位置与已处理培养皿仓的仓储位底面空隙相重合，培养皿托片与已处理仓底面之间的距离大于等于一个培养皿的厚度。工作时：当培养皿贴标完成后，电爪抓取培养皿并放到已处理培养皿仓一侧的培养皿传送装置上，然后培养皿推动板将培养皿推到已处理培养皿仓底部的培养皿托片上，培养皿托片在垂直运动电杆的作用下向上运动，将培养皿托至两片培养皿托板上部后，两片培养皿托板维持水平位置的状态，当培养皿推送装置的垂直运动电杆向下运动过程中，培养皿会被两片培养皿托板托住。

本发明的有益效果是：高效微生物样本前处理系统采用机械臂取代了传统手工法样本处理及划线接种，自动对微生物样本进行拧盖、扫码、贴码、搬运、开盖、上盖、划线接种等一系列操作，可以极大的保障微生物工作人员的生物安全，同时提高了工作效率。

附图说明

附图1为本发明的立体结构示意图；

附图2为本发明另一视角地立体结构示意图；

附图3为本发明的俯面结构示意图；

附图4为本发明中机械臂及夹头的结构示意图；

附图5为本发明中样本管固定夹的结构示意图；

附图6为本发明中未处理培养皿仓位的结构示意图；

附图7为本发明中电爪的结构示意图；

附图8为本发明中接种台的结构示意图；

附图9为本发明中接种环的结构示意图；

附图10为本发明中自动贴标装置的结构示意图；

附图11为本发明中培养皿传送装置的结构示意图；

附图12为本发明中已处理平皿仓位的结构示意图；

附图13为夹头的结构示意图；

图中，1-1摇床，1-2管孔，2-1机械臂，2-2夹头，2-2-1管壁，2-2-2弹簧，2-3样本管固定夹，3高温电磁灭菌器，4-1水平传送机构，4-2接种环固定装置，4-3旋转电机，4-4接种环，5未处理培养皿仓位，5-1培养皿仓储位，6接种台，6-1水平传送装置，7-1电爪，7-2转轮，8自动贴标装置，8-2条码打印机，9培养皿传送装置，10已处理培养皿舱位。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明。

实施例

如图中所示，该实施例包括具有摇床的样本位、样本管夹取及开盖上盖装置、消毒灭菌装置、平面运动接种装置、未处理平皿仓位、已处理平皿仓位、平皿抓取及开盖扣盖装置、接种台、自动贴标装置、培养皿回仓装置。

其中，样本位包括有在基板底部安装的摇床1-1，该摇床上具有一定数量的管孔1-2且各管孔的孔径大小与样本管相匹配以用于放置样本管。

把待检样本管放置在摇床的管孔中，当仪器启动后，样本管内的样本随摇床震荡，可促进样本的均质化处理，提高样本的检出率。

样本管夹取及开盖上盖装置包括有位于样本位一侧的机械臂2-1，该机械臂为具有x轴、y轴和z轴方向传送的3轴机械臂，机械臂上安装有实现对样本管进行夹取、开盖以及上盖操作的夹头2-2；上述的样本管夹取及开盖上盖装置还包括有位于取样位并用于固定样本管的样本管固定夹2-3。

当仪器启动后，可通过3轴机械臂及其上的夹头来实现样本管的夹取和转运，即由夹头抓取样本位上的样本管（夹头抓取的部位为样本管上部的盖子），并通过机械臂将样本管由样本位转移至取样位，再由取样位上的样本管固定夹对样本管进行夹紧固定；之后，机械臂上的夹头逆时针旋转以将样本管的盖子旋开，旋开后由机械臂移动至一侧；待取样结束后，机械臂控制夹头再次移动到样本管上方，向下运动，当盖子被按压到样本管的管口时，旋转电机驱动夹头旋转以将盖子旋紧，之后机械臂控制夹头向上运动以与样本管盖子脱离，完成上盖。上盖后，控制样本管固定夹松开，样本管落入样本管暂存区。

作为上述方案中夹头的一种优选结构，上述的夹头是通过旋转电机安装在机械臂上，夹头的管壁2-2-1内设置有能够卡套在样本管盖子上的内置弹簧2-2-2。夹取时：机械臂控制夹头移动到样本管上方并向下移动，依靠压力能够将样本管的盖子套进夹头的内置弹簧里，实现对样本管的夹取；开盖时：通过控制旋转电机逆时针旋转，能够将样本管盖子旋开；上盖时：机械臂控制夹头将盖子按压到样本管的管口，旋转电机顺时针旋转将盖子旋紧，之后机械臂控制夹头向上移动，利用向上拉力使弹簧与样本管盖子脱离，完成上盖。

作为上述方案中样本管固定夹的一种优选结构，上述的样本管固定夹是由两片夹片组成的夹子构成，两夹片分别安装在由电机带动的小型传送装置上。

消毒灭菌装置为高温电磁灭菌器3。

平面运动接种装置包括有与基板相连的垂直传送机构ⅰ（垂直电杆），垂直传送机构ⅰ的上端安装有由电机带动的水平旋转支撑座，水平旋转支撑座上安装有水平传送机构4-1，水平传送机构上安装有接种环固定装置4-2，接种环固定装置内设旋转电机4-3，在旋转电机带动下旋转调整接种环4-4位置。

工作时：垂直传送机构ⅰ将接种环插入高温电磁灭菌器中进行消毒杀菌，待消毒杀菌完毕后，垂直传送机构向上运动拔出接种环。经过水平旋转支撑座的旋转，将接种环旋转至已开盖样本管处，向下移动蘸取样本。取样完成后旋转至接种台。

未处理平皿（培养皿）仓位5的底部与旋转电机相连，且其上圆周分布有一定数量的培养皿仓储位5-1，培养皿仓储位的底部具有一圈卡沿以承托培养皿；在靠近接种台的一侧设置有位于培养皿仓储位底面下的培养皿托送装置，该培养皿托送装置由垂直传送机构ⅱ（垂直电杆）和其顶部直径小于培养皿仓储位底部卡沿内径的培养皿托片组成。

工作时：未处理培养皿仓位在其底部的旋转电机作用下旋转，将要接种的培养皿仓储位旋转至培养皿托送装置位置处。培养皿托送装置下方的垂直传送机构ⅱ向上运动，垂直传送机构ⅱ顶部的培养皿托片顶住培养皿仓储位上的培养皿向上运动至将培养皿推出培养皿仓储位。

平皿抓取及开盖扣盖装置位于未处理培养皿仓位的外侧，包括有连接于基板上的垂直传送机构ⅲ（垂直电杆），在垂直传送机构ⅲ的顶端安装有由电机带动的水平旋转支撑座，水平旋转支撑座上安装有水平传送机构，水平传送机构的一端安装有电爪7-1，电爪的施力点位置安装转轮7-2以便在抓取培养皿或培养皿盖的过程中实现自动对中。平皿抓取及开盖扣盖装置将电爪旋转至未处理培养皿仓位上部，夹取已被推出的培养皿至接种台。

平皿开盖扣盖：电爪抓取培养皿下部并将培养皿带到接种台上，之后，电爪上移一定位置并抓取培养皿盖，电爪继续上移以取下培养皿盖，并通过水平旋转支撑座的旋转来将培养皿盖旋转至一侧；待划线结束后，再将电爪上的培养皿盖旋转至培养皿上方，下移扣盖。

接种台：培养皿接种台6下部安装有旋转电机，整体安装在一接种台支撑架上。接种台支撑架安装在水平传送装置6-1上，在电机的带动下培养皿接种台沿水平传送装置移动。

工作时：培养皿置于接种台开盖后，平面运动接种装置旋转至接种台上方，接种环固定装置旋转调整接种环位置，使接种环倾斜于培养基上方。接种时，控制平面运动接种装置沿前后水平移动，使接种环在培养基上沿y轴运动；接种台在其下方的水平传送装置作用下左右往返移动，使培养皿沿x轴运动，双方运动轨迹叠加实现样本的划线接种。当划线接种完一个区域后，接种台在旋转电机作用下，使培养基换一个角度，然后再按照上述划线接种方式实现另一区域的划线接种。通过上述接种方式可实现微生物样本前处理系统的3区划线、4区划线、丰字划线及螺旋划线等不同的划线方式。

自动贴标装置8包括有一基座，在基座上安装一旋转电机，旋转电机一端连接一旋转支架，旋转电机转动能够带动旋转支架在竖直平面内转动，在旋转支架的前端的下方固定连接有标签吸附面板，可通过螺栓固定连接，标签吸附面板设有吸气孔，标签吸附面板下方放置标签限位装置，其中一真空泵的吸气端与标签吸附面板连接，真空泵的出气端与标签限位装置连接。

标签自动粘贴装置的工作大致如下：首先，旋转电机带动旋转支架在竖直面内顺时针旋转，旋转支架同时带动标签吸附面板旋转，当旋转支架上部旋转至水平状态时，停止旋转，这时旋转支架上的标签吸附面板刚好位于条码打印机8-2出纸口位置上方位置，标签限位装置放置于标签吸附面板的正下方，即打印机出纸口位置的下方，从打印机打印出来的标签光滑面朝上，黏胶面朝下，这时打开真空泵，标签限位装置连接真空泵出气端向上朝标签下表面吹气，真空泵吸气端产生负压使标签被吸附在标签吸附面板上，这时旋转电机再次开启反方向旋转，带动旋转支架在竖直面内逆时针旋转，当旋转支架上部旋转至水平状态时，即在竖直面内逆时针旋转180°，这时标签吸附面板上吸附的标签黏胶面朝上，将培养皿送至标签处，使培养皿的底部刚好位于标签上方，然后夹持培养皿向下完成贴标动作。

培养皿回仓装置：在已处理培养皿仓10的一侧安装有培养皿传送装置9，该培养皿传送装置的高度低于已处理培养皿仓的底面；在培养皿传送装置的一端安装有培养皿推动板，在靠近已处理培养皿仓的一端安装有培养皿推送装置，培养皿推送装置的结构同上述的培养皿托送装置相同。已处理培养皿仓结构与未处理培养皿仓位大体相同，区别为已处理培养皿仓的仓储位底面安装有对称的两片培养皿托板，培养皿托板的外侧与仓储位铰接，内侧只能向上转动。培养皿推送装置上培养皿托片的直径小于两对称托板之间的距离，培养皿推送装置的位置与已处理培养皿仓的仓储位底面空隙相重合，培养皿托片与已处理仓底面之间的距离大于等于一个培养皿的厚度。工作时：当培养皿贴标完成后，电爪抓取培养皿并放到已处理培养皿仓一侧的培养皿传送装置上，然后培养皿推动板将培养皿推到已处理培养皿仓底部的培养皿托片上，培养皿托片在垂直运动电杆的作用下向上运动，将培养皿托至两片培养皿托板上部后，两片培养皿托板维持水平位置的状态，当培养皿推送装置的垂直运动电杆向下运动过程中，培养皿会被两片培养皿托板托住。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。