一种用于拾取和放置反应杯的装置和方法以及含有该装置的设备与流程

本发明涉及生化分析装置技术领域，尤其涉及一种用于拾取和释放反应杯的装置和方法以及含有该装置的设备。

背景技术

目前，生物和化学分析装置的自动化越来越普遍，其能实现多个反应杯的连续自动化检测，在实验检测过程中，反应杯需要在不同的功能区域进行转运，这就意味着反应杯的可靠拾取和放置是十分重要的。在目前的分析装置中一般需要配置多个反应杯抓手以实现反应杯在不同功能区的转运。

而现有技术中存在多种形式的反应杯抓手，例如：欧洲专利ep2462455a1公开一种抓握器装置，其设置沿着抓握器侧面布置的第一活动夹爪和第二活动夹爪；分别耦连到所述第一活动夹爪和第二活动夹爪的第一指状件和第二指状件，以用于抓住试样容器，但该专利所述的抓握器装置中通过对应的驱动装置进行夹爪不间断的开合从而实现试样容器的抓取，其结构十分复杂，且运动构件较多，存在易损坏、维护频繁的问题，这会增大设备的维护成本并影响抓杯效率；欧洲专利ep1355766b1公开一种取放容器的夹持组件，其包括设置在一圆柱体的底端的抓手，以及位于所述圆柱体内部并与其相对滑动的活塞，其依靠抓手的弹性变形抓取容器并通过活塞的向下运动将容器推出抓手进行反应杯的释放，虽然该夹持组件结构较为简单，但其容器的释放位置必定高于容器的安置位置，这会造成容器会掉落一段高度，这极易使容器中的液体溅出，从而严重影响了样品的检测精度，而且，该专利涉及的抓手属于夹持组件的零件之一，其可能会因多次变形而疲劳失效，从而导致整个组件的失效，同样存在易损坏、增大设备维护成本、降低检测效率的问题。

因此，目前急需一种可靠、结构简单且能同时保证检测高效准确的反应杯拾放装置。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术中的缺陷，提供一种用于拾取和放置反应杯的装置和方法以及含有该装置的设备，本发明所述的装置结构简单，抓取效率高且部件耗损率低。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种用于拾取和放置反应杯的装置，其包括：

拾取机构，其与所述反应杯的内壁接触以用于拾取所述反应杯；

运动机构，其与所述拾取机构固定连接以带动所述拾取机构的运动；

脱杯机构，其套设于所述拾取机构的外部，并固定安装至壳体，用于在所述拾取机构相对于所述反应杯运动时，实现反应杯的放置；以及

驱动机构，其固定安装至壳体，并与所述运动机构连接以驱动所述运动机构。

为了进一步优化上述装置，本发明采取的技术措施还包括：

进一步地，所述驱动机构为电机驱动机构、气动驱动机构、电磁驱动机构中的一种。

进一步地，所述装置安装2个检测器，所述检测器分别用于检测运动机构和脱杯机构的位置。

进一步地，所述反应杯和/或取杯机构上设置气压平衡开口，所述气压平衡开口为通气孔或通气槽中的至少一种。

进一步地，所述拾取机构包括取杯杆，在拾取所述反应杯时，所述反应杯的内壁与所述取杯杆的外壁接触；其中，所述运动机构包括螺母，所述螺母固定连接取杯杆；其中，所述脱杯机构为套筒，所述套筒套设于所述取杯杆的外部，所述套筒的顶端安装于所述壳体的底部，所述套筒的底端用于抵住所述反应杯的顶部；以及其中，所述驱动机构为电机，所述电机安装于所述壳体的顶端；所述电机具有主轴和丝杆，所述丝杆套设于所述螺母的内部以驱动所述螺母和取杯杆进行上下运动。

进一步地，所述反应杯形式选自如下形式中的任一种：

1)反应杯的开口处设置向外延伸的环状体，在所述环状体的底端沿着反应杯的外壁向下延伸设置朝外凸起，所述朝外凸起以间隔形式分布；

2)所述反应杯为上下直径不同的台阶形式，所述反应杯的上端开口处的内径和外径分别大于反应杯下部的内径和外径。

可理解的是，反应杯的形式可采用任一合适的形式，只要反应杯的上端开口的内壁能够被取杯杆嵌入实现反应杯的拾取，其上端开口的外壁能够被套筒顶住实现反应杯的脱杯。所述反应杯的主体形状可为圆柱体、长方体、正方体、倒锥形体等等，所述取杯杆的取杯杆头的形状与所述反应杯的开口形状相匹配。

进一步地，所述取杯杆的上端固定安装至取杯杆连接件的下端，所述螺母固定连接所述取杯杆连接件的上端；所述套筒的顶端固定于套筒安装板，所述套筒安装板安装于所述壳体的底部；其中，所述螺母、丝杆、取杯杆连接件以及部分取杯杆均设置在所述壳体的内腔中，所述取杯杆依次贯通所述套筒、套筒安装板和壳体。

进一步地，所述螺母的侧端安装螺母限位杆，所述壳体开设螺母限位槽，所述螺母限位杆延伸穿过所述螺母限位槽。

进一步地，位于所述螺母限位槽上部的所述壳体的外部安装第一传感器，用于检测螺母的位置以实现运动机构的复位。

进一步地，所述丝杆的外部套设丝杆限位槽，所述丝杆限位槽开设于所述取杯杆连接件中。

进一步地，所述套筒安装板与所述壳体的底部滑动安装；其中，所述套筒安装板的两侧对称设置两个通孔，以用于放置套筒滑动杆，所述套筒滑动杆的底部直径大于所述通孔的直径，所述套筒滑动杆的顶部固定安装至所述壳体的底部。

进一步地，所述套筒安装板的外部设置套筒安装板凸块，在对应所述套筒安装板凸块的所述壳体的下部安装第二传感器，用于检测套筒的位置。

进一步地，所述第一传感器和第二传感器均为光耦传感器。其也可为本领域中任一合适的用于检测物件位置变化的传感器。

进一步地，位于所述壳体内的所述取杯杆的顶部外侧设置取杯杆滑动套，所述取杯杆滑动套的底端固定安装至所述壳体的内底部。

进一步地，所述套筒与所述套筒安装板为一体成型结构，所述取杯杆与所述取杯杆连接件为一体成型结构。

进一步地，所述套筒为上宽下窄的圆柱体台阶结构，在所述套筒的上部内置一容置腔，所述容置腔内设置套设于所述取杯杆外部的弹簧，从而实现套筒在未拾取和拾取反应杯时相对于所述取杯杆的滑动。

进一步地，所述取杯杆的下部为一中空结构，在不接触所述反应杯的取杯杆所对应的所述中空结构的侧壁开设至少一个取杯杆通气孔或取杯杆通气槽，所述取杯杆通气孔或取杯杆通气槽均匀间隔分布。

进一步地，在所述取杯杆的底端安装弹性变形件，所述弹性变形件包括o形圈，也可本领域常用的任一合适的可弹性变形零件。

进一步地，所述取杯杆底部的直径略大于所述反应杯开口的内径，所述取杯杆底部的端部为倒梯形结构或倒弧形结构。

进一步地，所述反应杯的上端开口处的杯壁上设置反应杯通气孔或反应杯通气槽。

进一步地，所述台阶形式的反应杯在上端开口处的内杯壁朝内凹陷形成至少一个反应杯通气槽、或者在上端开口处的杯壁上开设至少一个反应杯通气孔；其中，所述反应杯通气槽或反应杯通气孔间隔均匀布置。

本发明的第二个目的是提供一种含有任一上述的拾取和放置反应杯的装置的设备。

进一步地，所述设备具有与所述拾取和放置反应杯的装置连接的外部驱动机构，其用于驱动该装置整体进行运动，所述运动包括z向运动、x向运动、y向运动、xy平面上的摆臂旋转运动的至少一种。

进一步地，所述设备还具有与所述拾取和放置反应杯的装置连接的能使所述反应杯在拾取状态时实现反应杯旋转的旋转机构。

进一步地，所述设备包括但不限于，含有该拾取和放置反应杯的装置的摆臂机构、含有该拾取和放置反应杯的装置的的磁分离设备、含有该拾取和放置反应杯的装置的反应杯卸载设备。

本发明的第三个目的是提供一种任一上述的拾取和放置反应杯的装置的应用。该应用包括任一需要该反应杯拾放装置的应用，例如，该装置在全自动化学发光仪中的应用，该装置在机械臂领域的应用等。

本发明的第四个目的是提供一种任一上述的装置用于拾取和放置反应杯的方法，其包括如下步骤：所述装置整体向下运动，取杯杆进入到反应杯的上端开口内，在力的作用下，反应杯上端开口微微变形，包紧住取杯杆，实现反应杯的拾取；在电机丝杆的驱动下，螺母向上运动，从而带动取杯杆往上运动，由于套筒的限制作用，反应杯无法跟随取杯杆向上运动，反应杯与取杯杆脱离，实现反应杯的放置。

进一步地，所述方法还包括步骤：在拾取反应杯的过程中，通过第二传感器检测是否已拾取反应杯。

进一步地，所述拾取反应杯的检测过程如下：无反应杯时，套筒会在弹簧的作用力下保持在靠下的位置；拾取反应杯后，反应杯会将套筒顶住在靠上的位置；第二传感器通过检测套筒的位置变化，来间接检测是否已拾取反应杯。

进一步地，所述方法还包括步骤：在拾取反应杯之前或放置反应杯之后，通过第一传感器的检测实现螺母和取杯杆的复位。

进一步地，所述方法还包括步骤：将整体装置定位至抓取位置和放置位置的步骤。

上述各部件之间的固定安装形式为螺丝连接、螺栓螺母连接、对焊连接或粘合连接等，也可为本领域中任一合适的连接方式。上述各部件的材质为任一合适的材质，例如不锈钢、塑料等。

本发明采用以上技术方案，与现有技术相比，具有如下技术效果：

本发明所述的用于拾取和放置反应杯的装置其采用丝杆电机带动螺母运动从而实现取杯杆的运动，其结构简单，安全性能高，且抓取可靠；同时其还设置传感器检测是否拾取反应杯以及实现螺母的复位，避免了空抓现象，提高了抓取效率。

本发明所采用的取杯方案是靠反应杯的变形产生摩擦力，由于反应杯本身就属于一次性使用的耗材，每次实验都会更换，因而其不存在取杯装置耗损的问题，从而保证了取杯装置的寿命，降低了设备的维护成本。

本发明所采用的脱杯方案是取杯杆主动从反应杯中退出，其可将反应杯放到指定位置后再进行脱杯，没有杯内液体溅出的风险，从而不会造成试样的损失，保证了检测准确率和检测效率。

附图说明

图1为本发明一实施例中拾取反应杯的装置的结构示意图；

图2和图3分别为本发明另一实施例中未拾取和拾取反应杯的装置的结构示意图；

图4为图3所示的装置的正视图；

图5为图4所述的装置的a-a面剖视图；

图6a和图6b分别为本发明一实施例中反应杯的结构示意图和正视图；

图7a和图7b分别为本发明另一实施例中反应杯的结构示意图和正视图；

图8a和图8b分别为本发明另一实施例中反应杯的结构示意图和正视图；

图9a和图9b分别为本发明另一实施例中反应杯的结构示意图和正视图；

图中的附图标记为：

1、电机；11、丝杆；12、丝杆限位槽；15、气缸；16、活塞；2、壳体；3、套筒；31、套筒安装板；32、套筒滑动杆；33、套筒安装板凸块；4、取杯杆；41、取杯杆连接件；42、取杯杆滑动套；43、取杯杆通气孔；44、弹性变形件；5、第一传感器；6、第二传感器；7、螺母；71、螺母限位杆；72、螺母限位槽；8、弹簧；9、反应杯；91、凸缘体；92、朝外凸起；93、凸台；94、反应杯通气槽；95、反应杯通气孔。

具体实施方式

本发明提供了一种用于拾取和放置反应杯的装置，其包括：拾取机构，其与所述反应杯的内壁接触以用于拾取所述反应杯；运动机构，其与所述拾取机构固定连接以带动所述拾取机构的运动；脱杯机构，其套设于所述拾取机构的外部，并固定安装至壳体，用于在所述拾取机构相对于所述反应杯运动时，实现反应杯的放置；以及驱动机构，其固定安装至壳体，并与所述运动机构连接以驱动所述运动机构。本发明还提供了一种含有上述装置的设备及采用该装置拾取和放置反应杯的方法

下面结合实施例和附图，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

实施例一

本实施例为一较佳的用于拾取和放置反应杯的装置。

如图1所示，本实施例所述的用于拾取和放置反应杯的装置包括拾取机构、运动机构、脱杯机构、驱动机构和壳体，其中，拾取机构包括取杯杆4、运动机构包括活塞16、脱杯机构包括套筒3、驱动机构包括气缸15。

在该实施例中，在拾取反应杯9时，反应杯9的内壁与取杯杆4的外壁接触，通过两者间的摩擦力保持，反应杯的内径略小于取杯杆端部的外径(如小0.1mm，0.2mm，0.25mm，0.3mm，0.4mm等)，且取杯杆4的底部为倒弧形结构，以利于嵌入反应杯9的上端开口；取杯杆4为一圆柱形杆状物，其材质为不易损耗且不易于试剂发生反应的材质(例如不锈钢等)，取杯杆4以螺丝连接的方式固定至活塞16的底部；套筒3套设于取杯杆4的外部，套筒3为一圆柱形环状体，取杯杆4可相对套筒3滑动，套筒3的顶端以焊接的方式固定于壳体2的底部，套筒3的底端在拾取反应杯时用于抵住反应杯9的顶部；气缸15的侧壁以焊接的方式固定连接至壳体2的顶部，活塞16设置在所述气缸15的内部并可进行上下移动，通过外部向气缸15内部通气的方式驱动活塞15的运动。

在本实施例中，如图6a和图6b所示，反应杯9的形式为：反应杯9为一圆柱体，其上端具有开口，下端具有圆形密封端部；反应杯9的开口处设置向外延伸的凸缘体91，在凸缘体91的底端沿着反应杯9的外壁向下延伸设置朝外凸起92，朝外凸起92在反应杯9的外壁以间隔形式分布，朝外凸起91的长度可为反应杯9的长度的1/5～1/2，该反应杯9及设置于其上的凸缘体91和朝外凸起92为一体成型结构，其材质为塑料。

本实施例所述的装置用于拾取和放置反应杯的操作步骤如下：

将该装置整体定位至反应杯的拾取位置；通过外部驱动机构使得该装置整体向下运动，取杯杆进入到反应杯的上端开口内，在力的作用下，反应杯上端开口微微变形，包紧住取杯杆，并依靠摩擦力保持，实现反应杯的拾取；将拾取反应杯的装置整体定位至反应杯的放置位置，然后在外部气源的驱动下，活塞向上运动，从而带动取杯杆往上运动，由于套筒顶住反应杯顶部的限制作用，反应杯无法跟随取杯杆向上运动，反应杯与取杯杆脱离，实现反应杯的放置。

实施例二

本实施例为实施例一所述的用于拾取和放置反应杯的装置的优化实施方式，其主要优化点为设置了不同的驱动机构和运动机构，取杯杆的连接方式和套筒的连接方式，以及采用了不同的壳体的形式，并增设了取杯杆通气孔，具体改进如下：

如图2～图5所示，本实施例所述的用于拾取和放置反应杯的装置中的运动机构包括螺母7、驱动机构包括电机1。

在该实施例中，取杯杆4以一体成型的方式固定于取杯杆连接件41的底部；螺母7通过螺丝连接的方式固定至取杯杆连接件41的顶部；套筒3的顶端以一体成型的方式固定于套筒安装板31的底部，套筒3的底端在拾取反应杯时用于抵住反应杯9的顶部，套筒安装板31为中间开孔以通过取杯杆4的圆盘形结构，其通过螺丝连接的形式安装于壳体2的底部；电机1的底部通过螺丝连接的方式安装于壳体2的顶端，电机1具有主轴和丝杆11，丝杆11套设于螺母7的内部以驱动螺母7和取杯杆4进行上下运动。在该实施例中，取杯杆4的下部为一中空结构(例如中空结构为圆柱体形式)，在不接触所述反应杯9的取杯杆4所对应的中空结构的侧壁开设2个取杯杆通气孔43，取杯杆通气孔43设置在同一高度且为对称分布，以使反应杯9与外界的气压一致，保证不会因气压不同而影响取杯效果。

在本实施例中，螺母7、丝杆11、取杯杆连接件41以及部分取杯杆4均设置在壳体2的内腔部，取杯杆4依次贯通所述套筒3、套筒安装板31和壳体2，且反应杯9、取杯杆4、取杯杆连接件41和丝杆11为同轴心设置，以利于更好地实现各部件的运动及具有更优异的抓取效果。

本实施例所述的装置用于拾取和放置反应杯的操作步骤如下：

将该装置整体定位至反应杯的拾取位置；通过外部驱动机构使得该装置整体向下运动，取杯杆进入到反应杯的上端开口内，在力的作用下，反应杯上端开口微微变形，包紧住取杯杆，并依靠摩擦力保持，实现反应杯的拾取；将拾取反应杯的装置整体定位至反应杯的放置位置，然后在电机丝杆的驱动下，螺母向上运动，从而带动取杯杆往上运动，由于套筒顶住反应杯顶部的限制作用，反应杯无法跟随取杯杆向上运动，反应杯与取杯杆脱离，实现反应杯的放置。

实施例三

本实施例为实施例二所述的用于拾取和放置反应杯的装置的优化实施方式。其主要优化点为设置了用于检测套筒位置和螺母位置的检测器，并采用了不同形式的反应杯和驱动机构，同时优化了套筒的安装形式，具体改进如下：

在本实施例中，如图2～图5所示，丝杆11的外部套设丝杆限位槽12，丝杆限位槽12开设于取杯杆连接件41中，以防止丝杆11驱动螺母7过度向下运动而损坏装置；且螺母7的侧端安装螺母限位杆71，壳体2开设螺母限位槽72，螺母限位杆71延伸穿过所述螺母限位槽72，位于螺母限位槽72上部的壳体2的外部安装第一传感器5，用于检测螺母7的位置以实现螺母7和取杯杆4的复位。上述运动机构的复位过程如下：在初始阶段，螺母应处于最低端或较低端，若不处于则驱动电机以进行复位；拾取反应杯时，电机不驱动；在放置反应杯时，电机丝杆驱动螺母及取杯杆向上运动，通过套筒的限制作用，实现反应杯的释放；在释放反应杯完成后，将螺母复位至最低端或较低端。

在本实施例中，如图2～图5所示，套筒安装板31的两侧对称设置两个通孔，以用于放置套筒滑动杆32；套筒滑动杆32的底部直径大于通孔的直径，以用于套筒3的限位，防止其脱落；套筒滑动杆32的顶部以螺丝连接的方式固定安装至壳体2的底部；套筒安装板31的一侧设置套筒安装板凸块33，在对应套筒安装板凸块33的壳体2的下部安装第二传感器6，用于检测套筒3的位置；套筒3为上宽下窄的圆柱体台阶结构，在套筒3的上部内置一容置腔，容置腔内设置套设于取杯杆4外部的弹簧8，套筒3、套筒安装板31和套筒安装板凸块33为一体成型结构，上述设置可实现套筒3相对于所述取杯杆4的滑动从而实现是否拾取反应杯的检测。优化上述结构后，在无反应杯时，套筒会在弹簧的作用力下保持在靠下的位置；有反应杯时，反应杯会将套筒顶住在靠上的位置；第二传感器可以通过检测套筒的位置变化，来间接检测是否已拾取反应杯，从而提高抓杯效率。

在本实施例中，如图7a和图7b所示，反应杯9为上下直径不同的台阶形式，所述反应杯9的上端开口处为一凸台93，所述凸台93的内径和外径分别大于反应杯9下部的内径和外径，所述凸台93为一中空圆柱体，反应杯9下部也为具有圆形封闭底部的中空圆柱体，凸台93的中空圆柱体通过一水平环状体连接反应杯9下部的中空圆柱体，在实施例中，反应杯9的加样位置位于水平环状体的下部，这使得在取杯杆嵌入反应杯上端开口时，不会接触可能含有试样或试剂的杯壁，同时微量的外来物也会积聚在水平环状体处的台阶上，从而不会污染反应杯中的试样或试剂。且在该实施例中，取杯杆4的下部为一中空结构(例如中空结构为矩形体形式)，在不接触所述反应杯9的取杯杆4对应的中空结构的侧壁开设1个取杯杆通气槽(图中未示出)。

同时，在该实施例中，位于壳体2内的所述取杯杆4的顶部外侧设置取杯杆滑动套42，取杯杆滑动套42的底端以螺丝连接的形式固定安装至壳体2的内底部，以实现取杯杆的更优异的滑动效果；且在取杯杆4的底端安装弹性变形件44(例如o形圈)，使取杯杆对反应杯的适配性更好。

实施例四

本实施例为实施例三的替换实施例，在本实施例中，其平衡气压开口并未开设在取杯杆处，即取杯杆不设置中空结构，在取杯杆侧壁上不设置通气孔或通气槽。如图8a-8b、9a-9b所示，本实施例的反应杯9为台阶形式，其主体结构形式与实施例三所采用的反应杯结构相同，但其还在上端开口处的内臂朝内凹陷形成至少一个反应杯通气槽94、或者在上端开口处的杯壁上开设至少一个反应杯通气孔95；其中，所述反应杯通气槽94或反应杯通气孔95间隔均匀布置。

实施例五

本实施例为含有实施例一～实施例四中任一个所述的用于拾取和放置反应杯的装置的摆臂机构，该摆臂机构通过连接杆横向安装至反应杯取放装置的壳体上，连接杆连接至一主轴，主轴通过一电机驱动可实现z向运动，该主轴还通过皮带连接的方式连接至一旋转机构以实现xy平面上的摆臂运动。

实施例六

本实施例为含有实施例一～实施例四中任一个所述的用于拾取和放置反应杯的装置的反应杯装卸设备，该反应杯装卸设备通过连接杆纵向安装至反应杯取放装置的壳体上，连接杆连接至具有x向移动装置、y向移动装置、z向移动装置的机构，其分别设置x向滑轨和驱动电机、y向滑轨和驱动电机、z向驱动电机，以实现反应杯的三向直线运动，从而将反应杯从反应杯存放区转运至其他功能区域。

实施例七

本实施例为含有将实施例一～实施例四中述装置中的电机、丝杆及螺母外置的反应杯取放装置的磁分离设备，其在反应杯取放装置的壳体外侧设置一旋转机构，该旋转机构连接至旋转机构安装板，该安装板上开设螺母孔，连接至外部的丝杆，所述丝杆连接至外部的电机。该磁分离设备可使所述反应杯在拾取状态时实现反应杯的旋转。

由上述实施例可知，本发明所述的用于拾取和放置反应杯的装置其结构简单，安全性能高，且可靠取放反应杯；同时其还设置传感器检测是否拾取反应杯和实现螺母的复位，避免了空爪现象，提高了抓取效率；且不存在取杯装置耗损的问题，从而保证了取杯装置的寿命，降低了设备的维护成本，同时没有杯内液体溅出的风险，从而不会造成试样的损失，保证了检测准确率和检测效率。

以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对该实用进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。