一种自动化取样装置、方法及自动化系统与流程

1.本发明主要涉及自动化领域，尤其涉及一种自动化取样装置、方法及自动化系统。


背景技术：

2.生化样品由于活性原因通常保存在冻存柜中，若由人工进行取样，将会影响样品的质量、安全性和效力，人工的误操作可能会导致样品数据错误或样品资源丢失，操作过程中的温度冲击也会对操作人员造成伤害。
3.为了克服人工操作取样存在的各种问题，很多厂商都在开发设计自动化存储和取样装置，以满足大容量生化样品的需求。一种做法是以垂直方式访问冻存库进行取样，这种方式天花板的高度需要至少是冻存库高度的一倍，对天花板的高度要求较高，空间利用率较低；另一种做法是以水平方式访问冻存库进行取样，这种方式将整排样品从存储区转移到操作区，选择出特定样品之后将剩余的样品送回至冻存库中，效率较低，并且整排样品中的生化样品将长时间暴露在高温操作区中，处在高温操作区中的生化样品的活力将会受到影响。


技术实现要素：

4.为了解决上述技术问题，本发明提供一种自动化取样装置、方法及自动化系统，以提高冻存库中生化样品的取样效率，提高空间利用率，同时避免生化样品的活力降低。
5.为实现上述目的，本发明提出了一种自动化取样装置，用于对生化样品进行取样，所述生化样品存放于冻存柜中，所述冻存柜包括多层存放层，各存放层包括托盘和柜门，所述托盘上放置有多个样品架，各样品架上放置有多个样品试管，所述样品试管中存放有生化样品，所述自动化取样装置包括：基板，所述基板上设有支撑架和可移动的导轨；第一柜门提升机构，设置在所述基板上，所述第一柜门提升机构用于提升所述柜门，以使所述导轨可移动至所述托盘的下方；取样机构，可滑动地设置于所述导轨上，所述取样机构用于将所述托盘沿所述导轨从所述存放层拖出；第一推动机构，设置在所述支撑架上，所述第一推动机构用于将拖出的所述托盘中多个样品架中的一个样品架水平推出。为此，自动化取样装置的第一推动机构将拖出的托盘中多个样品架中的一个样品架水平推出，提高了取样的效率，并且无需将托盘中的非选定样品架转移到操作区，减少了非选定样品架中生化样品的高温暴露，避免了非选定样品架中生化样品活力的降低或丧失。
6.在本发明的一实施例中，所述第一柜门提升机构包括提升电机、第一皮带轮、第二皮带轮、滚轴丝杠、活动杆、提升杆和提升架，所述第一皮带轮连接至所述提升电机的输出端，所述第二皮带轮与所述第一皮带轮皮带连接，所述滚轴丝杠连接至所述第二皮带轮的输出端，所述活动杆通过所述提升架连接至所述滚轴丝杠，所述提升杆固定至所述活动杆上且适于插入所述柜门的接收槽中。为此，实现了第一柜门提升机构对柜门的提升。
7.在本发明的一实施例中，所述第一柜门提升机构还包括一安装板，所述提升电机和所述滚轴丝杠安装于所述安装板的下方，所述第一皮带轮和所述第二皮带轮安装于所述
安装板的上方。为此，使得第一柜门提升机构的结构更加紧凑，提升了自动化取样装置的空间利用率。
8.在本发明的一实施例中，所述第一柜门提升机构还包括一电磁元件，所述电磁元件固定至所述滚轴丝杠上，所述活动杆为磁性元件，所述电磁元件适于在通电后磁吸具有磁性的所述活动杆，所述活动杆绕旋转轴旋转以带动所述提升杆插入所述柜门的接收槽中。为此，可以使提升杆迅速插入到接收槽中，增加第一柜门提升机构的开门速度。
9.在本发明的一实施例中，所述第一柜门提升机构还包括一固定至所述提升架的回复弹簧，所述回复弹簧适于在所述电磁元件断电后将所述提升杆从所述柜门的接收槽中拉出。为此，可以使提升杆迅速从接收槽中拉出，增加提升杆的拉出速度。
10.在本发明的一实施例中，所述第一推动机构包括水平推动电机、张紧皮带、驱动板和推动板，所述张紧皮带连接至所述水平推动电机的输出端，所述驱动板可分离地连接至所述张紧皮带，所述推动板连接至所述驱动板，以在所述驱动板的带动下水平推出所述样品架。为此，实现了第一推动机构将拖出的托盘中多个样品架中的一个样品架水平推出。
11.在本发明的一实施例中，所述第一推动机构还包括升降电机、齿轮和齿条，所述齿轮连接至所述升降电机的输出端，所述齿条啮合至所述齿轮，所述推动板连接至所述齿条，以在所述齿条的带动下升降。为此，实现了推动板的升降运动，提高了推动板运动的灵活性，避免推动板与样品架的误碰撞。
12.在本发明的一实施例中，所述装置还包括第二柜门提升机构和第二推动机构，所述第二柜门提升机构与所述第一柜门提升机构具有相同的结构，所述第二推动机构与第一推动机构具有相同的结构，且所述第二柜门提升机构与所述第一柜门提升机构沿第一轴线对称设置，所述第二推动机构与第一推动机构沿所述第一轴线对称设置，所述第一轴线为所述装置的水平移动中轴线。为此，自动化取样装置可以沿两个方向访问相对设置的冻存柜，提高了空间利用率。
13.本发明还提出了一种自动化系统，所述自动化系统包括如所述的自动化取样装置，所述自动化系统还包括冻存柜，所述冻存柜包括多层存放层，各存放层包括托盘和柜门，所述托盘上放置有多个样品架，各样品架上放置有多个样品试管，所述样品试管中存放有生化样品。
14.本发明还提出了一种生化样品的自动化取样方法，用于如所述的装置进行取样，控制所述第一柜门提升机构提升所述柜门，以使所述导轨可移动至所述托盘的下方；控制所述取样机构将所述托盘沿所述导轨从所述存放层拖出；控制所述第一推动机构将拖出的所述托盘中多个样品架中的一个样品架水平推出。
15.本发明还提出了一种电子设备，包括处理器、存储器和存储在所述存储器中的指令，其中所述指令被所述处理器执行时实现如所述的方法。
16.本发明还提出了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，所述计算机指令在被运行时执行如上所述的方法。
附图说明
17.以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中，
18.图1是根据本发明的一实施例的一种自动化系统的立体结构示意图；
19.图2是根据本发明的一实施例的一种样品架放置于托盘上的结构示意图；
20.图3是根据本发明的一实施例的一种柜门提升机构的正视图；
21.图4是根据本发明的一实施例的一种柜门提升机构的后视图；
22.图5是根据本发明的一实施例的一种推动机构的结构示意图；
23.图6是根据本发明的一实施例的一种自动化系统的一工作状态图；
24.图7是根据本发明的一实施例的一种自动化系统的另一工作状态图；
25.图8是根据本发明的一实施例的自动化取样方法的流程图；
26.图9是根据本发明的一实施例的电子设备的示意图。
27.附图标记说明
28.100 自动化取样装置
29.110 基板
30.120 第一柜门提升机构
31.120a 提升电机
32.120b 第一皮带轮
33.120c 第二皮带轮
34.120d 滚轴丝杠
35.120e 活动杆
36.120f 提升杆
37.120g 安装板
38.120h 回复弹簧
39.120i 电磁元件
40.120j 提升架
41.130 导轨
42.140 取样机构
43.150 支撑架
44.160 第一推动机构
45.160a 水平推动电机
46.160b 张紧皮带
47.160c 驱动板
48.160d 推动板
49.160e 升降电机
50.160f 齿轮
51.160g 齿条
52.170 第二柜门提升机构
53.180 第二推动机构
54.200 冻存柜
55.210 存放层
56.220 柜门
57.220a 接收槽
58.230 托盘
59.240 样品架
60.250 样品试管
61.260 滑轨
62.700 操作区
63.800 自动化取样方法
64.810-830 步骤
65.900 电子设备
66.910 处理器
67.920 存储器
具体实施方式
68.为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。
69.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其它不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
70.如本技术和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其他的步骤或元素。
71.为了方便描述，此处可能使用诸如“之下”、“下方”、“低于”、“下面”、“上方”、“上”等等的空间关系词语来描述附图中所示的一个元件或特征与其他元件或特征的关系。将理解到，这些空间关系词语意图包含使用中或操作中的器件的、除了附图中描绘的方向之外的其他方向。例如，如果翻转附图中的器件，则被描述为在其他元件或特征“下方”或“之下”或“下面”的元件的方向将改为在所述其他元件或特征的“上方”。因而，示例性的词语“下方”和“下面”能够包含上和下两个方向。器件也可能具有其他朝向(旋转90度或处于其他方向)，因此应相应地解释此处使用的空间关系描述词。
72.图1是根据本发明的一实施例的一种自动化系统的立体结构示意图。自动化系统包括自动化取样装置100和冻存柜200，冻存柜200用于存放生化样品，自动化取样装置100用于将特定的生化样品从冻存柜200中取出。生化样品存放在冻存柜200中，具体地说是冻存在冻存柜200中，以使生化样品保持一定的活力。冻存柜200包括多层存放层210，各存放层210包括托盘230和柜门220，托盘上放置有多个样品架240，各样品架240的形状、结构和尺寸均相同。冻存柜200的柜体上还设置有滑轨260，柜门220可沿滑轨260上下滑动。
73.图2是根据本发明的一实施例的一种样品架240放置于托盘230上的结构示意图。如图2所示，托盘230上放置有4个样品架240，各样品架240上放置有多个样品试管250，样品试管250中存放有生化样品，不同样品试管250中的生化样品可以相同，也可以不同。生化样品250的样品信息和存放位置信息存储于存储器中，通过输入样品信息并调用存储器即可获得相应样品的存放位置信息。生化样品可以是细胞、蛋白质或疫苗等。
74.如图1所示，自动化取样装置100包括：
75.基板110，基板110上设有支撑架150和可移动的导轨130。
76.第一柜门提升机构120，设置在基板110上，第一柜门提升机构120用于提升柜门220，以使导轨130可移动至托盘230的下方。
77.取样机构140，可滑动地设置于导轨130上，取样机构140用于将托盘230沿导轨130从存放层210拖出。
78.第一推动机构160，设置在支撑架150上，第一推动机构160用于将拖出的托盘230中多个样品架240中的一个样品架240水平推出。
79.自动化取样装置100的第一推动机构160将拖出的托盘230中多个样品架240中的一个样品架水平推出，提高了取样的效率，并且无需将托盘230中的非选定样品架240转移到操作区，减少了非选定样品架240中生化样品的高温暴露，避免了非选定样品架240中生化样品活力的降低或丧失。
80.基板110为其它结构(第一柜门提升机构120，导轨130，取样机构140等)提供固定的基底，基板110可以在电机的驱动下水平移动和垂直升降，基板110水平移动可以访问不同的冻存柜，垂直升降可以访问冻存柜中不同的存放层，由此可以访问任意位置冻存柜的任意冻存层。优选地，基板110可以是金属板，以具有足够的强度。
81.在一些实施例中，第一柜门提升机构120包括提升电机120a、第一皮带轮120b、第二皮带轮120c、滚轴丝杠120d、活动杆120e、提升杆120f和提升架120j，第一皮带轮120b连接至提升电机120a的输出端，第二皮带轮120c与第一皮带轮120b皮带连接，滚轴丝杠120d连接至第二皮带轮120c的输出端，活动杆120e通过提升架120j连接至滚轴丝杠120d，提升杆120f固定至活动杆120e上且适于插入柜门220的接收槽220a中。图3是根据本发明的一实施例的一种柜门提升机构的正视图。图4是根据本发明的一实施例的一种柜门提升机构的后视图。如图3和图4所示，提升电机120a、第一皮带轮120b、第二皮带轮120c、滚轴丝杠120d、活动杆120e和提升杆120f依次传动连接，提升电机120a工作后，其输出轴旋转带动第一皮带轮120b旋转，第一皮带轮120b旋转带动第二皮带轮120c旋转，第二皮带轮120c旋转带动滚轴丝杠120d上下移动，滚轴丝杠120d上下移动带动活动杆120e上下移动，与活动杆120e固定连接的提升杆120f通过插入柜门220的接收槽220a带动柜门200上下移动，从而实现了第一柜门提升机构120对柜门的提升。
82.在一些实施例中，第一柜门提升机构120还包括一安装板120g，提升电机120a和滚轴丝杠120d安装于安装板120g的下方，第一皮带轮120b和第二皮带轮120c安装于安装板120g的上方。如图3和图4所示，提升电机120a和滚轴丝杠120d、第一皮带轮120b和第二皮带轮120c分别安装于安装板120g的两侧，使得第一柜门提升机构120的结构更加紧凑，提升了自动化取样装置100的空间利用率。
83.在一些实施例中，第一柜门提升机构120还包括一电磁元件120i，电磁元件120i固定至滚轴丝杠120d上，活动杆120e为磁性元件，电磁元件120i适于在通电后磁吸活动杆120e，活动杆120e绕旋转轴旋转以带动提升杆120f插入柜门220的接收槽220a中。具体地，电磁元件120i通电后具有磁性，可以磁吸具有磁性的活动杆120e，活动杆120e绕自身的旋转轴旋转，在杠杆作用下带动提升杆120f插入柜门220的接收槽220a中，为此，可以使提升杆120f迅速插入到接收槽220a中，增加第一柜门提升机构120的开门速度。
84.在一些实施例中，第一柜门提升机构120还包括一固定至提升架120j的回复弹簧120h，回复弹簧120h适于在电磁元件120i断电后将提升杆120f从柜门220的接收槽220a中拉出。如图3所示，回复弹簧120h的一端连接至提升杆120f，另一端固定至提升架120j，断电后电磁元件120i失去磁性，失去磁性的电磁元件120i无法磁吸活动杆120e，回复弹簧120h在回复弹力的作用下将提升杆120f从柜门220的接收槽220a中迅速拉出，可以使提升杆120f迅速从接收槽220a中拉出，增加提升杆120f的拉出速度。
85.取样机构140可滑动地设置于导轨130上，取样机构140用于将托盘230沿导轨130从存放层210拖出。示例性地，取样机构140可以具有一拉钩，托盘230可以具有一挂孔，取样机构140的拉钩挂在托盘230的挂空上之后，可以将托盘230沿导轨130从存放层210拖出。
86.在一些实施例中，第一推动机构160包括水平推动电机160a、张紧皮带160b、驱动板160c和推动板160d，张紧皮带160b连接至水平推动电机160a的输出端，驱动板160c可分离地连接至张紧皮带160b，推动板160d连接至驱动板160c，以在驱动板160c的带动下水平推出样品架240。图5是根据本发明的一实施例的一种推动机构160的结构示意图。如图5所示，水平推动电机160a、张紧皮带160b、驱动板160c和推动板160d依次传动连接，水平推动电机160a工作后，其输出轴旋转带动张紧皮带160b转动，张紧皮带160b转动带动驱动板160c水平前后移动，驱动板160c水平前后移动带动推动板160d水平前后移动，以水平推出样品架240，从而实现了第一推动机构160将拖出的托盘230中多个样品架240中的一个样品架240水平推出。
87.在一些实施例中，第一推动机构160还包括升降电机160e、齿轮160f和齿条160g，齿轮160f连接至升降电机160e的输出端，齿条160g啮合至齿轮160f，推动板106d连接至齿条160g，以在齿条160g的带动下升降。如图5所示，升降电机160e、齿轮160f、齿条160g和推动板160d依次传动连接，升降电机160e工作后，其输出轴旋转带动齿轮160f旋转，齿轮160f旋转带动齿条160g上下移动，齿条160g上下移动带动推动板160d上下移动，从而实现了推动板106d的升降运动，提高了推动板106d运动的灵活性，避免推动板106d与样品架240的误碰撞。
88.在一些实施例中，自动化取样装置100还包括第二柜门提升机构170和第二推动机构180，第二柜门提升机构170与第一柜门提升机构120具有相同的结构，第二推动机构180与第一推动机构160具有相同的结构，且第二柜门提升机构170与第一柜门提升机构120沿第一轴线x对称设置，第二推动机构180与第一推动机构160沿第一轴线x对称设置，第一轴线x为装置的水平移动中轴线。通过设置对称的第二柜门提升机构170和第二推动机构180，自动化取样装置100可以沿两个方向访问相对设置的冻存柜，提高了空间利用率。
89.图6是根据本发明的一实施例的一种自动化系统的一工作状态图。图7是根据本发明的一实施例的一种自动化系统的另一工作状态图。图6中，托盘230被自动取样装置100的取样机构140从冻存柜200中拖出，图7中，托盘230上的一样品架被转移至操作区700中，下面结合图1、图6和图7对自动化装置100的工作过程进行说明。第一柜门提升机构120的提升杆120f插入柜门220的接收槽220a中，提升柜门220沿滑轨260向上运动，使得该存放层210暴露出来，导轨130移动至托盘230的下方，取样机构140将托盘230沿导轨230从存放层210拖出，第一推动机构160的水平推动电机160a驱动推动板160d将拖出的托盘230中多个样品架240中的一个样品架240水平推出至操作区，取样机构140将托盘230沿导轨130推回存放
层210，导轨130从托盘230下方抽出，第一柜门提升机构120带动柜门220沿滑轨260向下运动至原位，提升杆120f从柜门220的接收槽220a抽出，完成整个取样过程。
90.从图6和图7可以看出，自动化取样装置100既可以访问左侧的冻存柜200进行取样，又可以访问右侧的冻存柜200进行取样，实现了沿两个方向访问相对设置的冻存柜，提高了空间利用率。此外，自动化取样装置100将托盘230中多个样品架240中的一个样品架240水平推出，其余的样品架240不会被转移到温度相对较高的操作区，减少了生化样品的高温暴露，避免了这些生化样品的活力丧失或降低。
91.本发明的该实施例提供了一种自动化取样装置，自动化取样装置的第一推动机构将拖出的托盘中多个样品架中的一个样品架水平推出，提高了取样的效率，并且无需将托盘中的非选定样品架转移到操作区，减少了非选定样品架中生化样品的高温暴露，避免了非选定样品架中生化样品活力的降低或丧失。
92.本发明还提出了一种自动化系统，其特征在于，自动化系统包括上文所述的取样装置100，自动化系统还包括冻存柜200，冻存柜200包括多层存放层210，各存放层210包括托盘230和柜门220，托盘230上放置有多个样品架240，各样品架240上放置有多个样品试管250，样品试管250中存放有生化样品。
93.本发明还提出了一种生化样品的自动化取样方法，用于如上文的自动化取样装置100进行取样。图8是根据本发明的一实施例的自动化取样方法的流程图，如图所示，该自动化取样方法包括：
94.步骤810，控制第一柜门提升机构提升柜门，以使导轨可移动至托盘的下方。
95.步骤820，控制取样机构将托盘沿导轨从存放层拖出。
96.步骤830，控制第一推动机构将拖出的托盘中多个样品架中的一个样品架水平推出。
97.本发明还提出一种电子设备900。图9是根据本发明的一实施例的一种电子设备900的示意图。如图9所示，电子设备900包括处理器910和存储器920，存储器920存储中存储有指令，其中指令被处理器910执行时实现如上文的方法800。
98.本发明还提出一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，计算机指令在被运行时执行如上文的方法800。
99.本发明的方法和装置的一些方面可以完全由硬件执行、可以完全由软件(包括固件、常驻软件、微码等)执行、也可以由硬件和软件组合执行。以上硬件或软件均可被称为“数据块”、“模块”、“引擎”、“单元”、“组件”或“系统”。处理器可以是一个或多个专用集成电路(asic)、数字信号处理器(dsp)、数字信号处理器件(dapd)、可编程逻辑器件(pld)、现场可编程门阵列(fpga)、处理器、控制器、微控制器、微处理器或者其组合。此外，本发明的各方面可能表现为位于一个或多个计算机可读介质中的计算机产品，该产品包括计算机可读程序编码。例如，计算机可读介质可包括，但不限于，磁性存储设备(例如，硬盘、软盘、磁带
……
)、光盘(例如，压缩盘(cd)、数字多功能盘(dvd)
……
)、智能卡以及闪存设备(例如，卡、棒、键驱动器
……
)。
100.在此使用了流程图用来说明根据本技术的实施例的方法所执行的操作。应当理解的是，前面的操作不一定按照顺序来精确地执行。相反，可以按照倒序或同时处理各种步骤。同时，或将其他操作添加到这些过程中，或从这些过程移除某一步或数步操作。
101.应当理解，虽然本说明书是按照各个实施例描述的，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
102.以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作的等同变化、修改与结合，均应属于本发明保护的范围。