一种桥接互锁式实验工具智能存取实验台

本发明涉及实验室设备及工具存取管理，尤其涉及一种桥接互锁式实验工具智能存取实验台。本发明所称实验工具包括但不限于由标准载盘承载的量具、手持器械、夹具、检测附件及成套操作用具，其重点在于载盘在分层收纳位置与投取位置之间的机械转运及安全互锁。

背景技术：

1、实验台通常同时承担操作和工具收纳功能。随着实验工具种类及数量增加，将工具按层、按位存放于工作台面下方，可以减少工作台面的占用，并有利于建立工具与收纳位置之间的对应关系。

2、一些自动存取结构采用升降机构把取放机构移动至目标层，再通过推杆、夹爪或输送带将盛装工具的托盘移入或移出收纳格。该类结构需要在有限的台体空间内完成换层、横向选位和跨间隙转移。

3、然而，层架、升降架和取放机构分别装配时会形成高度误差、横向误差和姿态误差。若取放机构仅按照预设坐标刚性进给，收纳导轨与取放导轨之间可能未完全对齐，托盘的导向边容易在入口处抵碰。

4、收纳格与移动取放机构之间还存在结构间隙。托盘在越过该间隙时，如果未形成连续承托面，或者在承托面尚未形成前止挡已经打开，托盘可能发生偏斜、局部下沉或非预期滑移。

5、另一方面，若托盘只通过单向推杆转移，取出和存入需要设置不同的传动结构；若采用刚性锁合牵引，在工具摆放越界、托盘歪斜或导轨存在异物时，驱动力仍可能持续施加，使卡滞进一步加重。

6、竖向转运结构在驱动失能或传动状态异常时还需限制升降架下移。仅依赖升降驱动件自身保持，难以使承载路径和安全制动路径彼此独立。

7、此外，工具身份、载盘身份与目标位置之间需要核验。对于无法识别、超出允许重量、反复对接失败或不能返回正常位置的载盘，也需要设置与正常收纳区域相区分的回收路径。因此，有必要提供一种使找正、桥接、解锁和转移按既定顺序发生，并兼顾过载回撤、防坠及异常回收的实验工具智能存取实验台。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种桥接互锁式实验工具智能存取实验台，以改善载盘跨越固定收纳单元与移动对接台之间间隙时的对位、承托和止挡时序问题。

2、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：实验台包括台体100、收纳组件200、定位组件300、对接转移组件400、识别投取组件500、异常回收组件600以及控制器570，实验工具由规格统一的载盘520承载并随载盘520一同存取。

3、台体100具有工作台面110、收纳腔120、转运通道130和投取口140。收纳腔120用于布置分层的收纳组件200，转运通道130为定位组件300及对接转移组件400提供运动空间，投取口140构成人员侧的载盘交接位置。

4、收纳组件200包括层架210和多个收纳单元220。每个收纳单元220设置单元导轨221、单元止挡件222、单元解锁从动件223、定位孔座224、仓门225和至少一个复位弹簧226；复位弹簧226使仓门225保持闭合，并使单元止挡件222在无外部解锁作用时保持阻挡状态。

5、定位组件300包括竖向导轨310、升降架320、升降驱动件330、横向导轨350、横移座360和横移驱动件370。升降驱动件330使升降架320在不同层位之间移动，横移驱动件370使横移座360在同层不同列位之间移动，从而以升降换层和层内横移的组合方式选择目标收纳单元220。

6、定位组件300还设置防坠机构340。防坠机构340通过安全齿条341、制动棘爪342、锁止弹簧343和解锁执行件344形成失能趋向锁止的制动结构，使正常驱动路径之外具有机械限位路径。

7、对接转移组件400安装在横移座360上，包括进退座410、浮动对接台420、定位桥接组件430、双向钩推组件440和防卡组件450。进退座410通过进退导轨411受进退驱动件412驱动，以使浮动对接台420接近或离开收纳单元220、装载台510或异常回收位置。

8、浮动对接台420通过横向浮动副421、竖向浮动副422和弹性浮动支承与进退座410连接，能够相对进退座410作横向微移、竖向微移及绕进退方向的受限微转。进给对接时，浮动对接台420在允许范围内随定位销与定位孔座224的配合修正位置和姿态；退出对接后，复位弹性件423使其回到便于下一次定位的中位。

9、定位桥接组件430采用锥形定位销431和扁形定位销432构成间隔布置的一圆一扁定位组合。锥形定位销431具有圆柱定位段及位于其前端的锥形导入段，扁形定位销432具有两个相对削平面；定位孔座224对应设有圆形定位部和长孔状限向定位部，所述限向定位部的长度方向沿两定位部的中心连线方向设置、宽度方向与该中心连线方向垂直。锥形定位销431的导入端沿对接方向突出于扁形定位销432的导入端，以先建立基准位置；扁形定位销432随后在限向定位部的宽度方向限定姿态，并在长度方向保留误差释放量，以降低过约束。

10、桥接板433用于在完成浮动找正后跨接单元导轨221与浮动对接台420的对接台承托导轨424之间的间隙。定位桥接组件430设置具有第一凸轮轨迹437和第二凸轮轨迹438的顺序驱动滑块436：第一凸轮轨迹437先使桥接板433进入桥接位置并保持，第二凸轮轨迹438随后使联动压杆435进入解锁位置；联动压杆435通过单元解锁从动件223依次打开仓门225、解除单元止挡件222，并解除对接台止挡件434的止挡。

11、当浮动对接台420与装载台510对接时，锥形定位销431和扁形定位销432与装载台510上的定位孔座224配合，桥接板433跨接承接导轨511与对接台承托导轨424之间的间隙，联动压杆435作用于投取解锁从动件513和对接台止挡件434。由此，收纳接口和投取接口均形成“先定位、后桥接、再双侧解锁；先双侧复位、后撤桥、再解除定位”的常闭互锁关系。

12、双向钩推组件440包括伸缩牵引臂441、钩推头442、推压面443、可控锁钩444、锁钩执行件445和牵引驱动件446。牵引接合部522具有相对设置的推压承力面和钩挂承力面。拉取时，可控锁钩444锁合钩挂承力面；推送时，推压面443抵推推压承力面，可控锁钩444保持在接合空间内并与钩挂承力面之间留有回拉间隙，反向动作时该间隙闭合而使载盘520能够被直接拉回。

13、防卡组件450包括沿载盘转移方向可移动地设置于浮动对接台420的浮动驱动座451、位于浮动驱动座451前后两侧并相向预紧的预紧弹簧452、过载检测件453和扭矩限制器454。浮动驱动座451承载牵引驱动件446并随浮动对接台420共同找正；载盘520受到任一方向的异常阻力时，浮动驱动座451偏离中位，过载检测件453输出检测信号，控制器570据此停止当前方向动作并使载盘520退回该次转移开始前的连续承托区域。扭矩限制器454在达到限制值时独立限制继续传递的扭矩。

14、识别投取组件500包括装载台510、承接导轨511、定位孔座224、投取止挡件512、投取解锁从动件513、安全门530、图像采集件540、重量检测件550和标记读取件560。装载台510与收纳单元220采用相同的定位及桥接接口；载盘520设有导向边521、牵引接合部522和防滑垫523，以实现载盘机械接口标准化。

15、异常回收组件600包括隔离仓610、回收抽屉620和朝隔离仓610内侧开启并受门复位件631驱动闭合的单向隔离门630。隔离仓610入口位于浮动对接台420的运动可达范围内，设有可与对接台承托导轨424衔接的回收承接导轨611以及与锥形定位销431和扁形定位销432配合的定位孔座224；仅在浮动对接台侧载盘到位信号有效、对接台止挡件434已复位、回收抽屉620的关闭信号有效、回收承接区域无占用且回收运动轴无故障时，控制器570才允许将载盘520转送至隔离仓610。

16、控制器570根据标记读取结果建立载盘、工具与收纳坐标的对应关系，并结合图像核验、重量核验、机构位置状态、止挡状态及过载状态，对安全门530、定位组件300和对接转移组件400进行顺序控制。

17、另一方面，本发明还提供一种桥接互锁式实验工具智能存取方法。该方法以载盘520为转运对象，依次执行任务接口确定、投取侧核验及安全隔离、第一接口浮动定位、桥接及双侧解锁、载盘拉取、受约束换层和层内选位、第二接口浮动定位、桥接及双侧解锁、载盘推送以及止挡复位、撤桥和解除定位；其中，桥接板433形成连续承托以前不解除两侧常闭止挡，撤去桥接板433以前使两侧止挡恢复阻挡。

18、在所述存取方法中，转移负载达到异常条件时保持可控锁钩444接合，停止当前方向动作并将载盘520退回本次转移开始前的连续承托区域；载盘520仍横跨接口且在允许回撤行程内未取得任一侧载盘到位信号时，保持定位和桥接并禁止升降、横移及解除对接；只有浮动对接台侧载盘到位信号有效、对接台止挡件434已复位、回收抽屉620关闭、回收承接区域无占用且回收运动轴无故障时，才将载盘520转送至隔离仓610。由此使正常存取、受控回撤和隔离回收具有互不混淆的进入条件。

19、与缺少浮动找正的刚性对接结构相比，本发明通过浮动对接台420以及一圆一扁定位销组合吸收一定的装配和运行位置偏差，使最终导向关系由目标收纳单元220的定位孔座224确定。

20、本发明通过桥接板433和联动压杆435建立机械时序约束，使桥接关系形成之前载盘两侧均受常闭止挡限制，桥接关系解除之前常闭止挡已恢复，因而转移允许条件不只依赖控制指令。

21、本发明以同一钩推头442实现拉取和推送，并以机械限矩、弹性让位、检测停机及反向回撤相配合，可在检测到异常阻力时释放持续顶推状态；防坠机构340及异常回收组件600分别处理竖向承载异常和无法正常归位的载盘，从而完善存取过程的故障处置路径。