用于培养箱的样品自动存取装置及包含其的培养箱的制作方法

本发明涉及培养箱领域，具体涉及一种用于培养箱的样品自动存取装置及包含其的培养箱。

背景技术：

培养箱应用于生物实验室中，通过使箱体内部保持恒温恒湿来完成微生物或者细胞的培养。

常见培养箱的操作是手动拉开箱体大门，然后实验操作人员手伸入箱体内部完成对样品的存入和取出。这种方式会造成气体明显流失，温度湿度迅速下降，也带来了很大的外部污染风险。

同时，随着实验室自动化的发展，需要实验室设备能够更方便的集成进自动化系统，便于机械手进行操作和信息化管理，而培养箱传统的样品存取方式无法满足快速方便集成的要求。

一些适用于自动化集成的培养箱要么采用转盘式结构，如cn201720329041.4，cn201910162275.8，需要对机械臂进行较多的点位编程，并且温湿度还是会有较大变化；要么采用一些传送结构，如cn201922430979.7，但结构的设计通用性较差。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明提供一种可以用于培养箱的样品自动存取装置，其能够保证对培养箱内部温湿度的有效控制，并降低污染风险，其通过一个递送机构可以方便的与其它自动化组件进行集成，内部巧妙的结构设计可以充分利用培养箱内部空间，对常见孔板及其他容器都能良好适配。

在一个方面，本发明提供一种用于培养箱的样品自动存取装置，其包括载物底盘、样品货架、旋转驱动机构、z轴滑台、抓取部件和递送滑台。

在一个方面，所述样品自动存取装置还可以任选地包括载物底盘，所述载物底盘可以直接或间接地底接、顶接或侧接固定在培养箱内，优选地，所述载物底盘通过底盘固定件固定在培养箱内，所述底盘固定件可以例如被固定至培养箱的底座上，培养箱的侧壁上，或培养箱的顶部。如本领域技术人员可以理解的，所述载物底盘也可以不通过任何额外的底盘固定件而直接固定在所述培养箱内。

在一个方面，所述z轴滑台被设置在所述载物底盘上，例如被设置在所述载物底盘的中部。所述z轴滑台可以与所述旋转驱动机构相连以允许所述旋转驱动机构驱动所述z轴滑台完成水平转动。所述旋转驱动机构可以例如包括旋转电机。所述旋转传动机构可以例如同样安装在所述载物底盘的中部。

在一个方面，所述样品货架被安装在所述载物底盘上，所述样品货架可以例如以所述z轴滑台为中心，呈圆环状布置在所述载物底盘的外围上。所述样品货架可以根据样品容器的形状被设计成相适应的形状结构，例如当样品容器为矩形孔板或圆形培养皿时，所述样品货架可被设计为相应尺寸的矩形或圆形支架，以起到固定样品容器的作用。所述样品货架的数量不受具体限制，例如所述数量可以为所述载物底盘所能容载的最大数量。

在一个方面，所述z轴滑台包括z轴导轨，z轴滑块和z轴滑块驱动机构，所述z轴滑块设置在所述z轴导轨上，所述z轴滑块驱动机构能够驱动所述z轴滑块在所述z轴导轨上延所述z轴滑台进行上下运动。在一个方面，所述z轴滑块上设置有抓取部件，用于抓取或释放样品容器，所述抓取部件能够随所述z轴滑块一起延所述z轴滑台进行上下运动。在一个方面，所述抓取部件在驱动机构(抓取部件的驱动机构)的驱动下完成抓取或释放的动作。在一个方面，所述抓取部件的结构被配置成适于抓取或释放特定形状的样品容器。

在一个方面，所述载物底盘上设置有递送滑台。在一个方面，所述递送滑台包括递送导轨，用于放置样品容器的递送平台和递送平台驱动机构，所述递送平台设置在所述递送导轨上，所述递送平台驱动机构能够驱动所述递送平台在所述递送导轨上延所述递送滑台进行水平运动。在一个方面，所述递送平台的尺寸和形状被配置成与样品容器的尺寸和形状相适应。

在一个方面，所述递送平台的末端设置有挡板，在安装有所述样品自动存取装置的培养箱的箱体上与所述挡板对应的位置处设置有开口，所述挡板的尺寸和形状被配置成与所述开口相配合。在一个方面，优选地，所述挡板被配置成能够与所述开口密封配合，所述密封配合可以以本领域中已知的多种方式实现，例如可以通过在开口和/或挡板边缘设置密封垫圈。在一个方面，所述递送平台驱动机构能够驱动所述递送平台在所述递送导轨上水平运动，当所述递送平台向培养箱箱体外运动时，所述挡板被向外推出从而与所述开口分离，使得所述递送平台能够通过所述开口运动到培养箱的外部以进行样品的拿取或放置，当所述递送平台运动回到培养箱内部时，所述挡板能够回到与所述开口密封配合的位置。

在一个方面，在本发明中，所述样品自动存取装置还包括控制器，所述控制器能够控制上述各驱动机构以驱动相应的部件。

在一个方面，在本发明中，z轴滑块和/或递送平台可以采用多种传动方式，例如，丝杆传动，同步带传动，齿轮齿条传动等，其可依据具体情况进行选择。

在一个方面，在本发明中，旋转驱动机构可以采用多种传动方式，例如，同步带传动，齿轮传动等，其可依据具体情况进行选择。

在一个方面，在本发明中，抓取部件可以采用多种传动方式，例如，杠杆传动，转盘传动，对开型滑块传动，其可依据具体情况进行选择。

在一个方面，在本发明中，驱动机构可以采用电机，例如伺服电机或步进电机，其可依据具体情况进行选择。

在一个方面，本发明提供一种培养箱，所述培养箱包括如上所述的样品自动存取装置。

在一个方面，如上所述的培养箱上根据实际用途还可以包括加热/制冷装置，温度传感器，二氧化碳进气阀，二氧化碳传感器，湿度传感器，增湿盘等部件，从而满足温度控制，二氧化碳控制，湿度控制等需求。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：采用小体积递送平台，传递样品时开口小，温湿度变化小，并且取样品和存样品都通过递送平台单个位置，非常易于进行自动化的集成；结构设计合理，将驱动机构放置在底盘中间，将样品放置在底盘周围，充分利用培养箱空间。

在一个方面，本发明提供以下各项：

第1项.用于培养箱的样品自动存取装置，其包括：

载物底盘；

z轴滑台，所述z轴滑台设置在所述载物底盘上，所述z轴滑台上设置有能够延所述z轴滑台上下运动的z轴滑块；

旋转驱动机构，所述旋转驱动机构与所述z轴滑台相连以驱动所述z轴滑台水平转动；

一个或多个样品货架，所述一个或多个样品货架设置在所述载物底盘上用于放置并固定样品容器；

递送滑台，所述递送滑台设置在所述载物底盘上，所述递送滑台上设置有能够延所述递送滑台水平运动的用于放置样品容器的递送平台；

抓取部件，所述抓取部件设置在所述z轴滑块上并能够随所述z轴滑块一起运动；

所述样品自动存取装置被配置成能够通过所述抓取部件从所述递送平台上抓取样品容器并将其放置在所述样品货架内，或者从所述样品货架内抓取样品容器并将其放置在所述递送平台上。

第2项.根据第1项所述的用于培养箱的样品自动存取装置，其中所述z轴滑台包括z轴导轨，z轴滑块和z轴滑块驱动机构，所述z轴滑块设置在所述z轴导轨上，所述z轴滑块驱动机构能够驱动所述z轴滑块在所述z轴导轨上延所述z轴滑台进行上下运动。

第3项.根据第1项所述的用于培养箱的样品自动存取装置，其中所述递送滑台包括递送导轨，用于放置样品容器的递送平台和递送平台驱动机构，所述递送平台设置在所述递送导轨上，所述递送平台驱动机构能够驱动所述递送平台在所述递送导轨上进行水平运动。

第4项.根据第1项所述的用于培养箱的样品自动存取装置，其中所述样品自动存取装置还包括抓取驱动机构，所述抓取驱动机构与所述抓取部件相连以驱动所述抓取部件抓取或释放样品容器。

第5项.根据第2-4项中任一项所述的用于培养箱的样品自动存取装置，其中所述样品自动存取装置还包括控制器，所述控制器用于控制所述z轴滑块驱动机构、所述递送平台驱动机构和所述抓取驱动机构。

第6项.根据第1项所述的用于培养箱的样品自动存取装置，其还包括底盘固定件，用于将所述载物底盘固定于培养箱内。

第7项.根据第1项所述的用于培养箱的样品自动存取装置，其中所述样品自动存取装置包括以所述z轴滑台为中心布置在所述载物底盘上的多个样品货架。

第8项.根据第1项所述的用于培养箱的样品自动存取装置，其中所述旋转驱动机构位于所述z轴滑台的下方。

第9项.培养箱，所述培养箱的内部设置有根据第1-8项中任一项所述的用于培养箱的样品自动存取装置。

第10项.根据第9项所述的培养箱，其中所述样品自动存取装置的所述递送平台的末端还设置有挡板，所述培养箱的箱体上与所述挡板对应的位置处设置有开口，所述挡板被配置成能够与所述开口密封配合，当所述递送平台向所述培养箱的箱体外运动时，所述挡板被向外推出从而与所述开口分离，使得所述递送平台能够通过所述开口运动到培养箱的外部以进行样品的拿取或放置，当所述递送平台运动回到培养箱内部时，所述挡板能够回到与所述开口密封配合的位置。

附图说明

图1显示根据本发明的一个方面的样品自动存取装置。

图2显示根据本发明的一个方面的样品自动存取装置。

图3显示根据本发明的一个方面的样品自动存取装置的递送滑台。

图4显示根据本发明的一个方面的样品自动存取装置的抓取部件。

图5显示根据本发明的一个方面的样品自动存取装置和包含其的培养箱。

图6显示根据本发明的一个方面的样品自动存取装置。

图7显示根据本发明的一个方面的样品自动存取装置的样品货架。

图8显示根据本发明的一个方面的样品自动存取装置的样品货架。

图9显示根据本发明的一个方面的样品自动存取装置和包含其的培养箱。

图10显示根据本发明的一个方面的样品自动存取装置和包含其的培养箱。

具体实施方式

以下参考附图详细说明本公开的具体实施方案。应当理解，本文中描述的具体实施方案仅意在说明本发明而非限制其范围。

如图1和2所示，用于培养箱的样品自动存取装置10可以包括：载物底盘110；z轴滑台120，z轴滑台120设置在载物底盘110上，z轴滑台120上设置有能够延z轴滑台120上下运动的z轴滑块122；旋转驱动机构130，旋转驱动机构130与z轴滑台120相连以驱动z轴滑台120水平转动；一个或多个样品货架140，一个或多个样品货架140设置在载物底盘110上用于放置并固定样品容器142；递送滑台150，递送滑台150设置在载物底盘110上，递送滑台150上设置有能够延递送滑台150水平运动的用于放置样品容器142的递送平台152；抓取部件160，抓取部件160设置在z轴滑块122上并能够随z轴滑块122一起运动；样品自动存取装置10被配置成能够通过抓取部件160从递送平台152上抓取样品容器142并将其放置在样品货架140内，或者从样品货架140内抓取样品容器142并将其放置在递送平台152上。

如图1和2所示，z轴滑台120可以包括z轴导轨121，z轴滑块122和z轴滑块驱动机构123，z轴滑块122设置在z轴导轨121上，z轴滑块驱动机构123能够驱动z轴滑块122在z轴导轨121上延z轴滑台120进行上下运动。如图1所示，z轴滑台120还可以包括z轴丝杆124，z轴滑块驱动机构123能够驱动z轴丝杆124上的z轴滑块122在z轴导轨121上进行上下运动。

旋转驱动机构130与z轴滑台120相连以驱动z轴滑台120水平转动。例如，如图2所示，旋转驱动机构130可以驱动传动齿轮131转动，传动齿轮131的转动又带动旋转底座132转动从而使设置在旋转底座132上的z轴滑台120进行转动。

如图3所示，递送滑台150可以包括递送导轨151，用于放置样品容器142的递送平台152和递送平台驱动机构153，递送平台152设置在递送导轨151上，递送平台驱动机构153能够驱动递送平台152在递送导轨151上进行水平运动。如图3所示，递送滑台150还可以包括递送丝杆154，递送平台驱动机构153能够驱动递送丝杆154上的递送平台152在递送导轨151上进行水平运动。

如图4所示，样品自动存取装置10还可以包括抓取驱动机构161，抓取驱动机构161与抓取部件160相连以驱动抓取部件160抓取或释放样品容器142。

抓取部件160的结构可以被配置成适于抓取或释放特定形状的样品容器，例如，矩形孔板或圆形培养皿。

如图5所示，样品自动存取装置还可以包括控制器190，控制器190用于控制z轴滑块驱动机构123、递送平台驱动机构153和抓取驱动机构161。

样品自动存取装置10还可以包括底盘固定件111，用于将载物底盘110固定于培养箱1内。如6图所示，底盘固定件111可以是底盘支架的形式。如本领域技术人员容易理解的，底盘固定件111也可以采用其他形式，例如与培养箱顶部相连的吊杆，或是与培养箱侧壁固定的侧壁固定件。当使用底盘固定件111固定载物底盘110从而使载物底盘110与培养箱的底面具有一定空间时，可以将z轴滑台120设置在载物底盘110的上表面，并且将旋转驱动机构130设置在z轴滑台120的下方、载物底盘110的下表面上，从而更大程度地利用培养箱内的空间。

如图7和8所示，样品货架140可以包括两个以上的(例如4个)货架支持臂141用于固定样品容器142。每个样品货架140所具有的货架支持臂141的数量可以为两个、三个、四个或更多，各货架支持臂141之间具有空隙以允许抓取部件160通过所述空隙抓取和放置样品容器142。如图5所示，样品自动存取装置10可以包括多个样品货架140，多个样品货架140以z轴滑台120为中心呈圆环状布置在载物底盘110的外围上。样品货架140的数量不受具体限制，例如其数量可以为载物底盘110所能容载的最大数量。如图7和8所示，样品货架140可以根据样品容器142的形状被设计成相适应的形状结构，例如当样品容器142为矩形孔板(图7)或圆形培养皿(图8)时，样品货架140可被设计为相应尺寸的矩形或圆形支架，以起到固定样品容器的作用。

如图9和10所示，样品自动存取装置10可以被设置在培养箱1的内部，其中递送平台152的末端可以进一步设置挡板170。培养箱1的箱体上与挡板170对应的位置处可以设置有开口180。挡板170被配置成能够与开口180密封配合，例如，通过在挡板170和/或开口180边缘设置密封垫圈181。当递送平台152向培养箱1的箱体外运动时，挡板170被向外推出从而与开口180分离，使得递送平台152能够通过开口180运动到培养箱1的外部以进行样品容器142的拿取或放置。当递送平台152运动回到培养箱1内部时，挡板170能够回到与开口180密封配合的位置。如本领域技术人员可以理解的，开口180可以设置在培养箱1的箱门上也可以设置在培养箱1的其他侧壁上。

培养箱1还可以包括用于监测温度、湿度和/或气体(例如，二氧化碳)的一个或多个传感器(未图示)。

样品自动存取装置10及包含其的培养箱1的工作流程如下：

在控制器190内置的软件程序控制下，当需要将样品容器142放入培养箱1时，递送平台152伸出培养箱1，外部机械手将样品容器142放置在递送平台152上，递送平台152将样品容器142送入培养箱1，挡板170压紧在开口180边缘的密封垫圈181上从而保持培养箱1密封，z轴滑台120带动抓取部件160移动到待抓取的样品容器位置，抓取部件160将样品容器142抓紧，然后z轴滑块122带动抓取部件160移动到z轴滑台120的顶部，旋转传动机构130带动z轴滑台120旋转到目标样品货架140处，z轴滑块122带动抓取部件160移动到放置高度，抓取部件160松开样品容器142，z轴滑台120带动抓取部件160回到顶部，完成样品放置。

当需要将样品容器142取出培养箱1时，旋转传动机构130带动z轴滑台120旋转到目标样品货架140处，z轴滑块122带动抓取部件160移动到抓取高度，抓取部件160抓紧样品容器142，z轴滑台120带动抓取部件160回到顶部，旋转传动机构130带动z轴滑台120旋转到递送滑台150的位置，z轴滑块122带动抓取部件160移动到放置高度，抓取部件160松开样品容器142，z轴滑块122带动抓取部件160回到顶部，递送平台152将样品容器142送出培养箱1，待外部机械手将样品容器142抓走后，递送平台152回到培养箱1内部，挡板170压紧在开口180边缘的密封垫圈181上从而保持培养箱密封。