CN109878957A - 试样搬运机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种试样搬运机器人，其包括置样平台、推拉框、空间移位驱动机构、抓取机构和行走驱动机构；置样平台设有并行排列的卡槽，推拉框可推拉地设于卡槽内，用于放置带试样孔位阵列的试样架；抓取机构设于卡槽的上方，抓取机构的支撑板连接空间移位机构，抓手驱动装置设于支撑板上，抓手驱动装置连接抓手，用于驱动抓手抓取置于试样架内的储样容器或将储样容器置于试样架内；行走驱动机构设于置样平台的下方，用于驱动试样搬运机器人行进。该试样搬运机器人便于实现试验用冷冻冰箱或冷冻室内自动存取和搬运生物样本等样品，显著提高取样、放样效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种试样搬运机器人。
背景技术
随着科技及人工智能的发展，机器人技术已在汽车、消费电子、医疗卫生等领域得到广泛应用，但受制于技术开发的方向不同，医疗卫生领域的机器人技术应用并未大面积推广，还有很多医疗细分领域待开发。
例如，在医学检验中，为开展人类疾病预测、诊断、治疗研究往往需要收集、处理、储存、应用生物体的生物样本。生物样本主要有生物大分子、细胞、组织和器官等样本，包括人体器官组织、全血、血浆、血清、生物体液或经处理过的生物样本(DNA、RNA、蛋白等)。这些生物样本一般需要储存在冷冻冰箱内，如有医学研究或其它需要时，常规需要人工进行取放操作。
但是，由于试验用冷冻冰箱或冷冻室内储存的样本数量通常很大，特殊的冷冻环境不适宜人工直接操作，如有自动化机器人智能完成存取工作，将会极大地提高工作效率，为试验探究或检测工作带来便利。
发明内容
基于此，有必要提供一种便于实现自动存取和搬运生物样本等样品的试样搬运机器人，可显著提高取样、放样效率。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一种试样搬运机器人，包括置样平台、推拉框、空间移位驱动机构、抓取机构和行走驱动机构；
所述置样平台设有并行排列的卡槽；
所述推拉框可推拉地设于所述卡槽内，用于放置带试样孔位阵列的试样架；
所述空间移位驱动机构设于所述置样平台上，所述空间移位驱动机构连接所述抓取机构，用于驱动所述抓取机构分别沿对应试样孔位阵列的横向、纵向和竖向移动；
所述抓取机构设于所述卡槽的上方，所述抓取机构包括支撑板、抓手驱动装置和用于抓取储样容器的抓手，所述支撑板连接所述空间移位机构，所述抓手驱动装置设于所述支撑板上，所述抓手驱动装置连接所述抓手，用于驱动所述抓手抓取置于所述试样架内的储样容器或将储样容器置于所述试样架内；
所述行走驱动机构设于所述置样平台的下方，用于驱动所述试样搬运机器人行进。
在其中一个实施例中，所述抓手机构还包括缓冲弹簧，所述抓手驱动装置具有转轴丝杠，所述缓冲弹簧套设于所述转轴丝杠上；所述抓手具有固定连接所述抓手驱动装置的固定环和与所述转轴丝杠螺纹配合的从动环，所述缓冲弹簧设于所述固定环和所述从动环之间，该弹性缓冲作用力可使抓手不易夹碎试管，提高使用安全性和可靠性。
在其中一个实施例中，所述空间移位驱动机构包括横向移位驱动组件、纵向移位驱动组件和竖向驱动移位组件；所述横向移位驱动组件包括第一支撑架、第一转轴、第一传送带和横向驱动装置，所述第一支撑架设于所述置样平台上，所述第一转轴可转动地设于所述第一支撑架上，所述第一转轴连接所述横向驱动装置，所述第一传送带套设于所述第一转轴上以沿横向来回移动；所述纵向移位驱动组件包括第二支撑架、第二转轴、第二传送带和纵向驱动装置，所述第二支撑架设于所述第一传送带上，所述第二转轴可转动地设于所述第二支撑架上，所述第二转轴连接所述纵向驱动装置，所述第二传送带套设于所述第二转轴上以沿纵向来回移动；所述竖向移位驱动组件包括第三支撑架、第三转轴、第三传送带和竖向驱动装置，所述第三支撑架设于所述第二传送带上，所述第三转轴可转动地设于所述第三支撑架上，所述第三转轴连接所述竖向驱动装置，所述第三传送带套设于所述第三转轴上以沿纵向来回移动。
在其中一个实施例中，所述横向移位驱动组件还包括横向滑台，所述横向滑台设于所述置样平台上并对应所述第一传送带设置，所述第二支撑架具有第一支脚部和位于所述第一支脚部上方的第一顶撑部；所述第一支脚部设有第一滑槽，所述第二支撑架通过所述横向滑台和所述第一滑槽滑动配合；和/或
所述纵向移位驱动组件还包括纵向滑台，所述纵向滑台设于所述第一顶撑部上并对应所述第二传送带设置，所述第三支撑架具有第二支脚部和位于所述第二支脚部上方的第二顶撑部；所述第二支脚部设有第二滑槽，所述第三支撑架通过所述纵向滑台和所述第二滑槽滑动配合；和/或
所述竖向移位驱动组件还包括竖向滑台，所述竖向滑台设于所述第二顶撑部上并对应所述第三传送带设置，所述支撑板具有滑行部；所述第三支脚部设有第三滑槽，所述支撑板通过所述竖向滑台和所述第三滑槽滑动配合。
在其中一个实施例中，所述横向移位驱动组件还包括横向限位柄，用于对所述第二支撑架的行程进行限位；和/或
所述纵向移位驱动组件还包括纵向限位柄，用于对所述第三支撑架的行程进行限位；和/或
所述竖向移位驱动组件还包括竖向限位柄，用于对所述支撑板的行程进行限位。
在其中一个实施例中，所述行走驱动机构包括底板以及设于底板下方的主动轮系、从动轮系和车轮驱动装置，所述车轮驱动装置连接所述主动轮系；所述试样搬运机器人还包括升降机构，所述升降机构包括升降支架和升降驱动装置，所述升降支架的两端分别连接所述置样平台和所述底板，所述升降驱动装置连接所述升降支架。
在其中一个实施例中，所述卡槽的器壁的表面材质为弹性塑胶。
在其中一个实施例中，所述卡槽的进出口所在端的端部呈外扩结构。
在其中一个实施例中，所述抓取机构还包括整体上呈U形结构的吊钩板，所述吊钩板连接所述支撑板的端部并朝向所述置样平台的外侧设置。
在其中一个实施例中，所述试样搬运机器人还包括控制器，所述控制器分别连接所述空间移位驱动机构、所述抓取机构和行走驱动机构。
本发明的有益效果是：
上述试样搬运机器人通过设置置样平台、推拉框、空间移位驱动机构、抓取机构和行走驱动机构等相配合的结构，通过程序控制，便于实现试验用冷冻冰箱或冷冻室内自动存取和搬运生物样本等样品，显著提高取样、放样效率。
附图说明
图1为一实施方式的试样搬运机器人在抬升状态下的结构示意图；
图2为图1的试样搬运机器人在降落状态下的结构示意图；
图3为图1的试样搬运机器人的局部结构示意图；
图4为图1的试样搬运机器人的局部结构的另一视角的示意图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
100、置样平台，110、卡槽；200、推拉框；300、空间移位驱动机构，310、横向移位驱动机构，311、第一支撑架，312、横向驱动装置，313、第一转轴，314、第一传送带，315、横向滑台，316、横向限位柄；320、纵向移位驱动机构，321、第二支撑架，323、纵向驱动装置，324、第二传送带，326、纵向限位柄；330、竖向移位驱动机构，336、竖向限位柄；400、抓取机构，410、支撑板，420、抓手驱动装置，430、抓手，440、吊钩板；500、行走驱动机构，510、底板，520、主动轮系，530、车轮驱动装置，540、从动轮系；600、升降机构，610、升降支架，620、升降驱动装置。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
请结合图1至4，一实施方式的试样搬运机器人，包括置样平台100、推拉框200、空间移位驱动机构300、抓取机构400、行走驱动机构500和升降机构600。
在本实施方式中，置样平台100设有并行排列的卡槽110。推拉框200可推拉地设于卡槽110内，用于放置带试样孔位阵列的试样架。空间移位驱动机构300设于置样平台100上，空间移位驱动机构300连接抓取机构400，用于驱动抓取机构400分别沿对应试样孔位阵列的横向(X轴)、纵向(Y轴)和竖向(Z轴)移动。抓取机构400设于卡槽110的上方，抓取机构400包括支撑板410、抓手驱动装置420和用于抓取储样容器1的抓手430，支撑板410连接空间移位机构300，抓手驱动装置420设于支撑板410上，抓手驱动装置420连接抓手430，用于驱动抓手430(包括3～5个夹指)抓取置于试样架内的储样容器1或将储样容器1置于试样架内。行走驱动机构500设于置样平台100的下方，用于驱动试样搬运机器人行进。
具体地，置样平台100整体上长方体结构，卡槽110整体上呈长方形结构。推拉框200整体上也呈长方体结构，推拉框200内的试管架上的试样孔位阵列整体上也呈长方形，便于通过试管、离心管等储样容器1存放生物标本，便于确定抓手430的移动距离。优选地，卡槽110有两个，两个卡槽110并列设置，便于抓取机构400准确地将其中一个卡槽(或推拉框)内放置的储样容器1搬运至另一个卡槽内并置于待放置试样的卡槽(或推拉框)内。在其他实施方式中，卡槽110的个数也可以进行调整，如为三个、四个、五个等，根据储样量要求进行设置。
另外，优选地，卡槽110的器壁的表面材质为弹性塑胶，便于卡紧限位，提高推拉框200在卡槽110内放置的稳固性。优选地，卡槽110的进出口所在端的端部呈外扩结构以便于推入推拉框200，卡槽110的非进出口所在端具有弯折状的定位壁结构，进一步保证推拉框200的卡位准确性。优选地，推拉框200设有上翘的把手板，便于推拉出样品。
具体地，空间移位驱动机构300包括横向移位驱动组件310、纵向移位驱动组件320和竖向驱动移位组件330。
其中，横向移位驱动组件310包括第一支撑架311、横向驱动装置312、第一转轴313和第一传送带314。第一支撑架311有四个，四个第一支撑架311分别设于置样平台100上并靠近卡槽110外围的四个端角处。第一转轴313有两个，其中一个第一转轴可转动地设于靠近卡槽的进出口所在端的两个第一支撑架上，且该第一转轴通过皮带传动方式连接横向驱动装置312，另一个第一转轴可转动地设于另外两个第一支撑架上。第一传送带314有两条，两条第一传送带314分别套设于第一转轴313上并位于卡槽110的两长边所在侧以沿横向(卡槽的长边所延伸的方向为横向)来回移动。横向驱动装置312优选为电机。设置两条并列的第一传送带314能够增加抓手430进行空间移位过程的安全性和可靠性。在其他实施方式中，也可以在两个第一支撑架311设置一条第一传送带314，只要便于实现抓手430进行横向移位即可。
纵向移位驱动组件320包括第二支撑架321、纵向驱动装置322、第二转轴和第二传送带324。第二支撑架321的两端分别设于两个第一传送带311上。第二转轴有两个，分别可转动地设于第二支撑架321上。第二转轴连接纵向驱动装置322，第二传送带324套设于两个第二转轴上以沿纵向(卡槽的短边所延伸的方向为横向)来回移动。纵向驱动装置322优选为电机。
竖向移位驱动组件330包括第三支撑架、第三转轴、第三传送带和竖向驱动装置。第三支撑架设于第二传送带324上。第三转轴有两个，分别可转动地设于第三支撑架上。第三转轴连接竖向驱动装置，第三传送带套设于第三转轴上以沿纵向来回移动。竖向驱动装置优选为电机。
优选地，横向移位驱动组件310还包括横向滑台315。横向滑台315设于置样平台100上并对应第一传送带314设置。第二支撑架321整体上呈倒U行结构，具有第一支脚部和位于第一支脚部上方的第一顶撑部。第一传送带314穿设第一支脚部，第一支脚部的侧壁上设有与第一传送带314固定连接的连接块。第一支脚部的底部设有第一滑槽。第二支撑架321通过横向滑台315和第一滑槽滑动配合，进一步提高抓手430空间定位的稳定性。
优选地，纵向移位驱动组件320还包括纵向滑台。纵向滑台设于第一顶撑部上并对应第二传送带324设置。第三支撑架具有第二支脚部和位于第二支脚部上方的第二顶撑部。第二支脚部设有第二滑槽，第三支撑架通过纵向滑台和第二滑槽滑动配合，进一步提高抓手430空间定位的稳定性。
优选地，竖向移位驱动组件330还包括竖向滑台。竖向滑台设于第二顶撑部上并对应第三传送带设置。支撑板410具有顺次连接的滑行部、抓手安置部和吊钩固定部，滑行部设有第三滑槽，支撑板410通过竖向滑台和第三滑槽滑动配合，进一步提高抓手430空间定位的稳定性。
更进一步地，横向移位驱动组件310还包括设置在置样平台100上的横向限位柄316，用于对第二支撑架321的行程进行限位。纵向移位驱动组件320还包括纵向限位柄326，用于对第三支撑架的行程进行限位。竖向移位驱动组件330还包括竖向限位柄336，用于对支撑板410的行程进行限位。其中，横向限位柄316、纵向限位柄326和竖向限位柄336的一端部均设有弯曲结构，便于形成限位点和避让区域。
另外，试样搬运机器人还包括监测沿横向、纵向、竖向移动距离的检测元件，检测元件可分别设于316、纵向限位柄326和竖向限位柄336上。
具体地，行走驱动机构500包括底板510以及设于底板510下方的主动轮系520、车轮驱动装置530和从动轮系540，车轮驱动装置530连接主动轮系520。车轮驱动装置530优选为电机。
具体地，本实施方式中的升降机构600包括升降支架610和升降驱动装置620。升降支架610的两端分别连接置样平台100和底板510，升降驱动装置620连接升降支架610，,升降驱动装置优选为电机或驱动气缸等，以驱动升降支架610升降并带动置样平台110、推拉框200、空间移动驱动机构300以及抓手机构400的整体升降。通过设置升降机构600，便于试样搬运机器人在出入口高度限制的区域进行正常运行。在其他实施方式中，试样搬运机器人也可以根据实际应用的路线情况不设置该升降机构600。
进一步地，抓手机构400还包括缓冲弹簧。抓手驱动装置420具有转轴丝杠，缓冲弹簧套设于转轴丝杠上。抓手430具有固定连接抓手驱动装置的固定环和与转轴丝杠螺纹配合的从动环，缓冲弹簧设于固定环和从动环之间，该弹性缓冲作用力可使抓手430抓取和释放储样容器1的过程更平稳，不易夹碎试管等玻璃储样容器，提高安全性和可靠性。
进一步地，抓取机构400还包括整体上呈U形结构的吊钩板440。吊钩板441连接支撑板410的吊钩固定部并朝向置样平台100的外侧设置，便于进一步转移其它类型储样结构的试样。
另外，本实施方式的试样搬运机器人还包括PLC程序控制器，控制器分别连接空间移位驱动机构300、抓取机构400和行走驱动机构500中的驱动装置以及相关检测元件，实现智能控制。
本实施方式的试样搬运机器人通过设置置样平台100、推拉框200、空间移位驱动机构300、抓取机构400和行走驱动机构500等相配合的结构，通过程序控制，便于实现试验用冷冻冰箱或冷冻室内自动存取和搬运生物样本等样品，显著提高取样、放样效率。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种试样搬运机器人，其特征在于，包括置样平台、推拉框、空间移位驱动机构、抓取机构和行走驱动机构；
所述置样平台设有并行排列的卡槽；
所述推拉框可推拉地设于所述卡槽内，用于放置带试样孔位阵列的试样架；
所述空间移位驱动机构设于所述置样平台上，所述空间移位驱动机构连接所述抓取机构，用于驱动所述抓取机构分别沿对应试样孔位阵列的横向、纵向和竖向移动；
所述抓取机构设于所述卡槽的上方，所述抓取机构包括支撑板、抓手驱动装置和用于抓取储样容器的抓手，所述支撑板连接所述空间移位机构，所述抓手驱动装置设于所述支撑板上，所述抓手驱动装置连接所述抓手，用于驱动所述抓手抓取置于所述试样架内的储样容器或将储样容器置于所述试样架内；
所述行走驱动机构设于所述置样平台的下方，用于驱动所述试样搬运机器人行进。
2.根据权利要求1所述的试样搬运机器人，其特征在于，所述抓手机构还包括缓冲弹簧，所述抓手驱动装置具有转轴丝杠，所述缓冲弹簧套设于所述转轴丝杠上；所述抓手具有固定连接所述抓手驱动装置的固定环和与所述转轴丝杠螺纹配合的从动环，所述缓冲弹簧设于所述固定环和所述从动环之间。
3.根据权利要求1或2所述的试样搬运机器人，其特征在于，所述空间移位驱动机构包括横向移位驱动组件、纵向移位驱动组件和竖向驱动移位组件；
所述横向移位驱动组件包括第一支撑架、第一转轴、第一传送带和横向驱动装置，所述第一支撑架设于所述置样平台上，所述第一转轴可转动地设于所述第一支撑架上，所述第一转轴连接所述横向驱动装置，所述第一传送带套设于所述第一转轴上以沿横向来回移动；
所述纵向移位驱动组件包括第二支撑架、第二转轴、第二传送带和纵向驱动装置，所述第二支撑架设于所述第一传送带上，所述第二转轴可转动地设于所述第二支撑架上，所述第二转轴连接所述纵向驱动装置，所述第二传送带套设于所述第二转轴上以沿纵向来回移动；
所述竖向移位驱动组件包括第三支撑架、第三转轴、第三传送带和竖向驱动装置，所述第三支撑架设于所述第二传送带上，所述第三转轴可转动地设于所述第三支撑架上，所述第三转轴连接所述竖向驱动装置，所述第三传送带套设于所述第三转轴上以沿纵向来回移动。
4.根据权利要求3所述的试样搬运机器人，其特征在于，所述横向移位驱动组件还包括横向滑台，所述横向滑台设于所述置样平台上并对应所述第一传送带设置，所述第二支撑架具有第一支脚部和位于所述第一支脚部上方的第一顶撑部；所述第一支脚部设有第一滑槽，所述第二支撑架通过所述横向滑台和所述第一滑槽滑动配合；和/或
所述纵向移位驱动组件还包括纵向滑台，所述纵向滑台设于所述第一顶撑部上并对应所述第二传送带设置，所述第三支撑架具有第二支脚部和位于所述第二支脚部上方的第二顶撑部；所述第二支脚部设有第二滑槽，所述第三支撑架通过所述纵向滑台和所述第二滑槽滑动配合；和/或
所述竖向移位驱动组件还包括竖向滑台，所述竖向滑台设于所述第二顶撑部上并对应所述第三传送带设置，所述支撑板具有滑行部，所述滑行部设有第三滑槽，所述支撑板通过所述竖向滑台和所述第三滑槽滑动配合。
5.根据权利要求4所述的试样搬运机器人，其特征在于，所述横向移位驱动组件还包括横向限位柄，用于对所述第二支撑架的行程进行限位；和/或
所述纵向移位驱动组件还包括纵向限位柄，用于对所述第三支撑架的行程进行限位；和/或
所述竖向移位驱动组件还包括竖向限位柄，用于对所述支撑板的行程进行限位。
6.根据权利要求1或2所述的试样搬运机器人，其特征在于，所述行走驱动机构包括底板以及设于底板下方的主动轮系、从动轮系和车轮驱动装置，所述车轮驱动装置连接所述主动轮系；
所述试样搬运机器人还包括升降机构，所述升降机构包括升降支架和升降驱动装置，所述升降支架的两端分别连接所述置样平台和所述底板，所述升降驱动装置连接所述升降支架。
7.根据权利要求1或2所述的试样搬运机器人，其特征在于，所述卡槽的器壁的表面材质为弹性塑胶。
8.根据权利要求7所述的试样搬运机器人，其特征在于，所述卡槽的进出口所在端的端部呈外扩结构。
9.根据权利要求1或2所述的试样搬运机器人，其特征在于，所述抓取机构还包括整体上呈U形结构的吊钩板，所述吊钩板连接所述支撑板的端部并朝向所述置样平台的外侧设置。
10.根据权利1或2所述的试样搬运机器人，其特征在于，还包括控制器，所述控制器分别连接所述空间移位驱动机构、所述抓取机构和行走驱动机构。
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