样本杯搬运及开合盖装置的制作方法

本发明涉及体外诊断领域，尤其是涉及一种样本杯搬运及开合盖装置。

背景技术：

随着整个检验医学技术的提升，微生物学检验在体外检测领域得到了广泛应用，常用于检测病毒、细菌、支原体、衣原体和真菌等。目前，与微生物检验配套的体外诊断设备也由人工、半自动化逐渐向自动化转型过渡。在体外检测领域，在采集患者体液（包括血液、尿液、分泌物等）样本时，通常将这些样本置于杯状的存放容器（以下简称样本杯）中，在检测过程中将样本杯置于设备内部按照预设程序进行检测分析，以得到检测效果。

为了满足自动化检测需求，体外诊断设备往往配备有样本杯搬运机械手和样本杯开合盖机械手，利用搬运机械手实现样本杯的搬运，利用开合盖机械手进行开盖和合盖，每个机械手都需要较大的空间才能满足运行需要，使得体外诊断设备的体积大而笨重，占用安装空间；另外，现有开合盖机械手需要至少两个旋转动力源同时动作，才能实现杯盖的夹紧和旋拧，结构复杂，增加成本。

技术实现要素：

本发明目的在于提供一种样本杯搬运及开合盖装置，将杯盖旋拧机构集成在三轴驱动装置上，使结构更加紧凑，节约安装空间，还兼顾开盖、合盖和搬运功能，减少了机械手数量，进一步减小设备体积。

为实现上述目的，本发明采取下述技术方案：

本发明所述的样本杯搬运及开合盖装置，包括驱动装置，还包括杯盖旋拧机构和设置在所述杯盖旋拧机构下方的杯体夹紧机构，杯盖旋拧机构滑动设置在所述驱动装置的升降机构上。

在本发明的优选实施方式中，所述驱动装置包括第一水平传动机构，由所述第一水平传动机构驱动的第二水平传动机构，以及由所述第二水平传动机构驱动的所述升降机构。

在本发明的优选实施方式中，所述第一水平传动机构包括安装组件和设置在安装组件上的第一直线动力源；

所述第二水平传动机构包括由第一直线动力源驱动的第一基座和设置在所述第一基座上的第二直线动力源，所述升降机构与所述第二直线动力源传动连接；

所述升降机构包括由第二直线动力源驱动的第二基座和设置在所述第二基座上的第三直线动力源，所述第三直线动力源与所述杯盖旋拧机构传动连接。

在本发明的优选实施方式中，所述第一直线动力源、第二直线动力源和所述第三直线动力源为丝杆步进电机，由电机驱动的丝杆，带传动机构，或链条传动机构中的任意一种。

在本发明的优选实施方式中，所述杯盖旋拧机构包括由升降机构驱动的第一安装架，所述第一安装架上设置有第一动力源驱动的夹持组件，所述夹持组件具有一用于夹紧杯盖的杯盖夹紧件。

在本发明的优选实施方式中，所述杯体夹紧机构包括设置在所述杯盖旋拧机构下方的第二安装架，所述第二安装架上设置有第二动力源驱动的传动组件，所述传动组件上设置有用于夹持杯体的杯体夹紧组件。

在本发明的优选实施方式中，所述第一动力源为具有减速比的齿轮传动机构、链条传动机构、带传动机构、减速电机，或电机驱动的减速机。

在本发明的优选实施方式中，所述第一安装架上设置有用于检测样本杯到位的到位传感器和用于检测所述杯盖夹紧件位置信息的第一原始位传感器，所述到位传感器和第一原始位传感器为光电式传感器、磁式传感器或反射式传感器。

在本发明的优选实施方式中，所述到位传感器和第一原始位传感器为光电式传感器，所述夹持组件的转轴内活动穿设有用于触发到位传感器的感应杆；所述第一动力源上设置有用于触发第一原始位传感器的第一感应片。

在本发明的优选实施方式中，所述杯盖夹紧件包括与杯盖配合的旋转抓手，所述旋转抓手具有所述夹紧槽，旋转抓手的内侧面设置有第一防滑齿。

在本发明的优选实施方式中，所述传动组件为一对相互啮合的传动齿轮，其中一个所述传动齿轮与所述第二动力源传动连接；所述杯体夹紧组件包括两个结构相同并对称设置的夹持单元，每个传动齿轮上设置有一个夹持单元。

所述夹持单元包括固连在所述传动齿轮或所述传动齿轮的安装轴上的开合臂，在所述开合臂的另一端部垂直设置有一夹头。

在本发明的优选实施方式中，还包括样本杯退样机构，其包括设置在所述第一安装架上的第三动力源和由所述第三动力源驱动升降的按压件。

本发明的驱动装置为由第一水平传动机构（可实现第二水平传动机构在前后方向的移动）、第二水平传动机构（可实现升降机构在左右方向的往返移动）和升降机构（驱动杯盖旋拧机构在竖直方向的往返移动），将杯盖旋拧机构集成安装在驱动装置上，能够节约空间。同时驱动装置能够实现杯盖旋拧机构在纵横方向的移动，还能够实现杯盖旋拧机构在竖直方向的移动，实现了杯盖旋拧机构的灵活移动，为实现样本杯的灵活搬运打下基础。

本发明的杯盖旋拧机构不仅能够实现杯盖的开合盖，还能够实现样本杯的灵活搬运，使结构更加紧凑，减少安装空间。具体地：旋转抓手具有一夹紧槽，且其内侧面具有第一防滑齿，利用第一防滑齿即可实现旋转抓手和杯盖的夹紧，即利用旋转抓手的机械结构实现了其与杯盖的卡固连接，无需外部动力源保持杯盖的夹紧，使整体结构更加紧凑，进而减少杯盖旋拧机构的占用空间。杯盖与旋转抓手卡紧并存在较大摩擦力，在旋转抓手移动过程中可带动样本杯同步移动，进而实现了样本杯的灵活转移。当旋转抓手旋拧过程中，能够实现杯盖的旋拧，实现了杯盖的开合盖。同时本发明的旋转抓手采用电机驱动的具有减速比的齿轮传动，能够增加扭矩，提高开合盖成功率。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明所述第一水平传动机构的结构示意图。

图3是本发明所述第二水平传动机构的结构示意图。

图4是本发明所述第一、第二水平传动机构的安装示意图。

图5是本发明所述升降机构的结构示意图。

图6是本发明所述第二水平传动机构和升降机构的安装示意图。

图7是本发明所述杯体夹紧机构和杯盖旋拧机构的安装示意图。

图8是本发明所述杯盖旋拧机构的结构示意图。

图9是杯盖旋拧机构的剖视结构示意图。

图10是图9中b部的放大结构示意图。

图11是杯盖旋拧机构的后视轴测图。

图12是图11中a部的放大结构示意图。

图13是本本发明所述杯盖夹紧件的结构示意图。

图14是本发明所述杯体夹紧机构的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述实施例。

需要说明的是，本发明实施例中所有方向性指示（诸如上、下、左、右、前、后……）仅用于解释在某一特定姿态下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变；

在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征；

在发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接或成一体；可以是机械连接，也可是电连接；可是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。

如图1所示，本发明所述的样本杯搬运及开合盖装置，包括驱动装置，杯盖旋拧机构400和设置在杯盖旋拧机构400下方的杯体夹紧机构；驱动装置为三轴驱动装置，其包括第一水平传动机构100，由第一水平传动机构100带动沿前后方向往返的第二水平传动机构200，以及由第二水平传动机构200驱动、并沿左右方向往返移动的升降机构300，杯盖旋拧机构400设置在升降机构300上。工作时，三轴驱动装置能够实现杯盖旋拧机构400的在前后方向和左右方向的水平移动，以及升降，有效满足样本杯的搬运需求。

如图2和图4所示，第一水平传动机构100包括一安装组件，其具有一对左右对称设置的第一基板101和一对将两个第一基板101连接在一起的连接板102，第一基板101和连接板102竖向设置，以便于安装第二传动机构；一第一直线动力源，设置在两个第一基板101上，且第一直线动力源与第二水平传动机构传动连接，进而带动第二水平传动机构沿前后方向往返移动；以及一导向组件，具有一对固连在两连接板102上的第一导向件（即导向轴103），且两个导向轴103沿着前后方向设置，为第二水平传动机构进行导向。

如图2和图4所示，第一直线动力源为带传动机构，第一直线动力源包括沿左右方向转动设置在两个第一基板101上的工作轴104和设置在第一基板101上的驱动电机106，驱动电机106通过皮带传动副带动工作轴104旋转，工作轴104的左右两端部均设置有第一同步带轮，两个第一基板101的另一端部对应设置在与第一同步带轮一一对应的第二同步带轮，对应的第一同步带轮和第二同步带轮上绕设有一条第一同步带105，两个第一同步带105的运行方向为前后方向，且两个第一同步带105左右间隔设置，不仅能够确保第二水平传动机构能够前后往返移动，还提高了第二水平传动机构的运行稳定性。

如图4所示，与驱动电机106相对的第一基板101另一端部设置有用于监控第二水平传动机构初始位置的第一原点传感器107，第一基座201一端部对应设置有用于触发第一原点传感器107的第一触发片，当第一基座201移动至第一原点传感器107处时，第一触发片触发第一原点传感器107，说明第二水平传动机构位于原点位置。

如图3-4所示，第二水平传动机构包括一第一基座201，第一基座201沿左右方向设置，且第一基座201的两端部开设有与导向轴103一一对应的通孔，每个通孔内均设置有导向套（导向套为直线轴承202），第一基座201通过两个直线轴承202套装在两个导向轴103上，导向轴103不仅具有支撑作用，还具有导向作用，且占用空间小，便于维修；一第二直线动力源，设置在第一基座201上；以及一第二导向件，第二导向件为沿着第一基座201长度方向设置的第三导轨203。工作时，升降机构与第二直线动力源传动连接，使升降机构能够沿着第三导轨203左右往返移动。

如图3-4所示，第一基座201为空心的矩形结构，不仅减重，还能够保证直线轴承202的长度，进而实现第二基座301的稳定安装，进一步保证运行稳定性。

如图4所示，导向轴103和第一同步带105上下一一对应。在实际安装时，第一基座201的左端部通过夹板和螺栓与其中一个第一同步带105固连在一起，第一基座201的右端部通过夹板和螺栓与另一个第一同步带105固连在一起，使第一基座201受力均匀，提高了第一基座201的运行稳定性，进而为升降机构和杯盖旋拧机构的平稳运行打下基础。

如图3-4和图6所示，第二直线动力源为设置在第一基座201下方的同步带传动机构，包括设置在固连在第一基座201上的固定座204，固定座204上设置有步进电机205和由步进电机205驱动的主动带轮，在第一基座201上另一端部设置有被动带轮，主动带轮和被动带轮上绕设有第二同步带206，升降机构通过夹板和螺栓与第二同步带206固连在一起，实现其与第二直线动力源的传动连接，满足升降机构的左右移动需求。

如图3和图5所示，与步进电机205对应处的第一基座201上部设置用于监控升降机构在初始位置的第二原点传感器207，升降机构的第二基座301上对应设置有用于触发第二原点传感器207的第二触发片208，当升降机构移动至第二原点传感器207处时，第二触发片208从经过第二原点传感器207的通槽，进而触发第二原点传感器207，确保升降机构位于初始位，以便于进行后述的操作。

如图5-6所示，升降机构包括一第二基座301，第二基座301的背面通过夹板、螺栓与第二同步带206固连在一起，实现升降机构与第二水平传动机构的传动连接；第二基座301的背面设置有与第三导轨203配合的滑块，第二基座301在第二直线动力源的带动下沿着第三导轨203左右往返移动，确保第二基座301的运动轨迹；以及一第三直线动力源，竖向设置在第二基座301上，第三直线动力源与杯盖旋拧机构传动连接。

如图5所示，第三直线动力源包括水平设置在第二基座301顶部的电机座302，电机座302设置有第一丝杆步进电机303，且第一丝杆步进电机303的丝杆竖向设置，杯盖旋拧机构与第一丝杆步进电机303的丝杆螺纹连接，满足杯盖旋拧机构的升降需求。

如图7-9和图11所示，杯盖旋拧机构包括一第一安装架401，第一安装架401为由上盖板、下盖板和两个侧板连接而成的框架式结构；一第一动力源，设置在第一安装架401上；以及一夹持组件，其具有一转动设置在第一安装架401上的转轴407和一固连在转轴407下部的杯盖夹紧件，杯盖夹紧件具有一与杯盖配合的夹紧槽，杯盖可卡装在夹紧槽内，通过旋转夹紧槽实现杯盖的打开和合盖。

如图11所示，第一安装架401的背侧设置有一后侧板，后侧板上设置有一具有螺纹孔的升降座306，升降座306螺纹连接在第一丝杆步进电机303的丝杆上；为保证第一安装架401的运行稳定性，第二基座301的前侧面上左右间隔设置有一对第一导轨304，后侧板上对称设置有一对与第一导轨304一一对应的导向滑块305（具有导向槽，卡装在第一导轨304上）。第一丝杆步进电机303可通过升降座306带动杯盖旋拧机构上升和下降，进而实现旋转抓手411的上升和下降，为实现杯盖的开、合和搬运打下基础。

如图7-9所示，第一安装架401的一侧壁上设置有第二感应片402，第二基座301上部设置有第二原始位传感器403，当杯盖旋拧机构上升至初始高度时，第二感应片402触发第二原始位传感器403，第二原始位传感器403将检测到的杯盖旋拧机构位于初始高度的信息传输至控制系统，能够准确掌控旋转抓手411的高度，以便于进行后续的搬运或开合盖作业。

如图7-9所示，第一动力源为齿轮传动机构，包括安装在第一安装架401内部的第一电机404、由第一电机404驱动的第二齿轮405、以及与第二齿轮405啮合的第一齿轮406，第二齿轮405和第一齿轮406具有一定减速比，能够增加传递扭矩，进而提高开盖成功率；转轴407固连在第一齿轮406上，且转轴407通过轴承分别与第一安装架401的上盖板、下盖板转动配合；

如图9-10所示，转轴407为空心结构，转轴407内活动穿设有感应杆408，感应杆408下部设置有防止感应杆408脱出的限位块409，限位块409位于夹紧槽内，限位块409通过螺栓与感应杆408连接，拆装简单方便；与感应杆408对应处的上盖板上假设有一样本杯到位传感器410，当样本杯到位后向上顶升限位块409，限位块409受力带动感应杆408同步上升，感应杆408触发样本杯到位传感器410，样本杯到位传感器410将检测到的样本杯到位信号传输至控制系统，以便于控制系统发出相应的控制指令。

如图10所示，杯盖夹紧件包括套装在转轴407上的安装套（安装套通过紧固螺栓与转轴407连接）和与杯盖配合的旋转抓手411，且限位块409通过螺栓与感应杆408连接，能够实现杯盖夹紧件的快速拆装，便于更换不同型号的旋转抓手411，满足不同型号样本杯的开合和搬运需求，适用范围广。

如图12-13所示，旋转抓手411的内腔为夹紧槽，旋转抓手411内侧面设置有第一防滑齿411.1（为尖齿），第一防滑齿411.1可直接扎破杯盖外表面行程，增加杯盖和旋转抓手411的摩擦力，防止打滑，提高开盖成功率；旋转抓手411的侧壁上开设有一对安装槽411.2，每个安装槽411.2内设置有弹性件（即弹片414），弹片414下部的折弯部延伸至夹紧槽内，对卡装到位的杯盖进一步固定，能够顶紧在杯盖的下边缘，防止样本杯在搬运过程中掉落，减少仪器故障。

如图7-9所示，第一安装架401的一侧架设有第一原始位传感器412，第二齿轮405上设置有用于触发第一原始位传感器412的第一感应片413，第一原始位传感器412可用于检测第二齿轮405的初始位置，进一步确定转轴407和旋转抓手411的初始位置。

如图14所示，杯体夹紧机构包括一第二安装架501，架设在旋转抓手411的下方；一第二动力源，设置在第二安装架501上，第二动力源具有一主齿轮502；一传动组件，具有一对设置在第二安装架501上的传动齿轮503，两传动齿轮503相互啮合，且其中一个传动齿轮503与主齿轮502啮合；以及一杯体夹紧组件，具有两个结构相同的夹持单元，每个传动齿轮503上设置有一个夹持单元。当两个传动齿轮503背向转动时，两夹持单元张开；当两个传动齿轮503相向转动时，两个夹持单元相向运动，实现杯体的夹持。

如图14所示，第二动力源包括设置在第二安装架501上的第二电机，第二电机的电机轴向上延伸出第二安装架501，且电机轴的上部套装有主齿轮502；两个传动齿轮503分别通过安装轴转动设置在第二安装架501上（安装轴通过轴承与第二安装架501转动配合）；每个传动齿轮503上均设置有一个夹持单元，夹持单元包括固连在安装轴上的开合臂504（当然，开合臂504还可以直接固定在传动齿轮503上），在开合臂504的另一端部垂直设置有一夹头505。在安装时，两个夹持单元对称设置，使得两个夹头505相对布设；由于两个传动齿轮503能够相向转动和背向转动，实现两个开合臂504的张开和闭合，进而实现杯体的松开和夹紧，满足杯盖旋拧需求。

在实际加工时，开合臂504和夹头505为一体式结构，当然开合臂504和夹头505也可以是分体式结构，每个夹头505的弧形夹持面上设置有第二防滑齿，增加夹头505与杯体的摩擦力，避免打滑。

如图7-9所示，本发明所述的样本杯搬运及开合盖装置还包括样本杯退样机构，在搬运到位后能够将样本杯从旋转抓手411内推出，实现了样本杯的自动退样。样本杯退样机构包括设置在第一安装架401上的第三动力源和由第三动力源驱动升降的按压件，按压件一端部卡装在感应杆408上部。具体地，

如图7-9所示，第三动力源为固连在第一安装架401内的第二丝杆步进电机601，第二丝杆步进电机601的丝杆与第一安装架401转动配合，按压件为固连在第二丝杆步进电机601的丝杆上的螺母座上的压板602，压板602水平向感应杆408方向延伸，且压板602的端部开设有便于卡装感应杆408的通槽，且感应杆408的上部设置有与压板602配合的凸台。在合盖完成后，第二丝杆步进电机601带动压板602向下移动，压板602按压在感应杆408的凸台上，继而带动感应杆408下降，使感应杆408下部的限位块409向下按压杯盖，进而将样本杯（带盖）向下推出，实现样本杯的退样。

如图8-9所述，第二丝杆步进电机601的螺母座上设置一竖直向下的升降板603，升降板603的下部设置有第三感应片604，第一安装架401的下盖板上设置有压板到位传感器606，当升降板603带动第三感应片604同步下降至压板到位传感器606位置处时，第三感应片604触发压板到位传感器606，第二丝杆步进电机601停止动作。同时为确保升降板603的运动轨迹，第一安装架401的后侧板上竖向设置有第二导轨605，升降板603上对应设置有与第二导轨605配套的滑块，使升降板603能够沿着第二导轨605上下移动。

在实际检测时，本发明不仅能够实现样本杯的灵活转移，还能够实现样本杯的开合盖需求。具体工作流程如下：

将样本杯由一个位置搬运至另一个位置时，首先将待搬运的样本杯夹紧：第一水平传动机构和第二水平传动机构通过升降机构带动杯盖旋拧机构移动至待搬运样本杯的正上方，然后启动第一丝杆步进电机303，第一丝杆步进电机303带动第一安装架401沿着第一导轨304竖向向下移动，在此过程中旋转抓手411随着第一安装架401同步下降，旋转抓手411与样本杯上下对应，在第一丝杆步进电机303的推动下旋转抓手411套装在样本杯的杯盖上旋转抓手411内部的第一防滑齿411.1（为尖齿）扎入样本杯杯盖；旋转抓手411继续向下移动，当杯盖通过限位块409向上顶升感应杆408而触发样本杯到位传感器410时，杯盖卡装到位，两个弹片414对杯盖下表面进行限位，防止杯盖脱落；

当旋转抓手411仅仅抓紧样本杯的杯盖后，第一丝杆步进电机303通过第一安装架401带动旋转抓手411整体上升，当第二感应片402触发第二原始位传感器403后第一丝杆步进电机303停止上升，然后驱动电机106和步进电机205工作（可以是同时工作，也可以是先后工作），带动升降机构和杯盖旋拧机构移动至指定位置处；

当杯盖旋拧机构到位后进行退样操作，第二丝杆步进电机601工作，第二丝杆步进电机601带动压板602向下移动，压板602在下降过程中通过凸台和感应杆408将力传递给限位块409，使样本杯逐渐从旋转抓手411内脱出，并掉落至指定的样本杯存放容器内，完成样本杯的搬运动作。

当需要取样或加样时，可重复上述的夹紧步骤，将样本杯夹紧后并搬运至开合盖工位，杯体夹紧机构的第二电机通过主齿轮502带动两个传动齿轮503相向转动，两个夹头505闭合，进而夹紧样本杯的杯体，实现样本杯的固定；然后第一电机404通过第一齿轮406和第二齿轮405带动转轴407旋转，旋转抓手411随着转轴407同步转动，同时第一丝杆步进电机303带动杯盖旋拧机构整体上升，旋转抓手411边旋转边上升，确保在旋拧过程中杯盖脱离杯体，实现开盖作业，以便于取样或加样；

当取样或加样完成后，第一丝杆步进电机303带动杯盖旋拧机构整体下降，当旋转抓手411下降至预设高度，启动第一电机404，第一电机404通过第一齿轮406和第二齿轮405带动旋转抓手411旋转，旋转抓手411一边转动一边下降，将杯盖旋拧在杯体上，当旋转抓手411下降至预设高度时第一丝杆步进电机303和第一电机404停止工作，完成合盖作业；

当样本杯合上杯盖后，第二电机带动两个传动齿轮503背向转动，两个开合臂504张开进而松开杯体；三轴驱动装置带动杯盖旋拧机构和样本杯移动至指定位置处，当样本杯到位后，第二丝杆步进电机601带动压板602下降，压板602在下降过程中通过凸台和感应杆408将力传递给限位块409，使杯盖从旋转抓手411内脱出，完成样本杯的退样。

需要强调的是，上述实施例仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改、替换和改进等等，这些修改和改进都应涵盖在本发明的保护范围之内。因而，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。