细胞培养自动装置的制作方法

1.本发明属于医疗器械技术领域，具体涉及一种细胞培养自动装置。


背景技术：

2.现在培养细胞仍然以采用手工操作为主要操作方式，在开关培养箱，或是置换培养液过程中极易造成培养基的污染；而且手工操作容易出现操作误差，也影响了细胞培养的质量。所以，细胞的自动化培养装置逐渐面世。细胞自动化培养装置，是一种在一封闭无菌空间内，藉由程序的控制进行准确作业，如细胞培养、置换培养液或对细胞进行影像拍摄等动作，降低污染以及人为操作可能会产生的误差。同时，也根据拍摄所得的图像判断细胞的生长状态，进而给出控制信号来调整细胞营养条件和环境条件，以此形成细胞培养的控制闭环，最终达到稳定细胞的培养质量的目的。由于培养的细胞需要进行传代、置换培养基、取出细胞等动作，所以所述细胞自动化培养装置需要定时利用紫外光对装置内空间进行杀菌、消毒作业，以避免受到污染。
3.在细胞培养自动装置中，尤为重要的就是机械手，机械手是一种模仿人手和臂的某些动作功能，可以按固定程序进行抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置，它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，而且在程序的控制下操作的精度均一性较好且可以精确安排时间。
4.传统的机械手臂需要藉由电线进行动作指令的下达、动作执行以及电源供应，占用空间大，操作的动作越复杂，配置的导线也会越多。一般电线的外皮是塑料材料，除了在紫外光照射下会老化外，也容易堆积灰尘导致染菌。
5.缘此之故，申请人有鉴于传统技术的缺失，乃发明一种基于无线控制及无线充电的机械手臂的细胞培养自动装置，没有电源线及控制线将减少机械手臂整体空间，而且改善传统操作习惯带来的问题。


技术实现要素：

6.为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种无线、高效、结构合理、全自动化识别传输的细胞培养箱。本发明的技术手段在于所述细胞培养自动装置内具有培养箱、操作室、机械手臂以及控制中枢，所述控制中枢用来控制培养条件、机械手臂、操作室运作等一切操作。
7.本发明提出的一种细胞培养自动装置，包括控制中枢、培养箱、机械手臂和操作室，
8.控制中枢利用无线网络接收环境信号，并传输控制指令；
9.培养箱内设有仓内环境传感器、紫外灯、培养架和载物平台，仓内环境传感器与控制中枢无线连接，通过无线接收及/或发送自所述控制中枢的信号，进行细胞培养条件的调控，培养架有若干个，用于放置载物平台，载物平台用于放置培养容器；
10.机械手臂垂直布置于培养箱内一侧，包括同步带传动装及夹爪臂，其内具有一个
以无线接收/发射自所述控制中枢发出信息的位置传感器以及无线充电电池，所述位置传感器与控制中枢无线连接，同步带传动装置上部一端设有步进电机，主动轮设置于所述步进电机上，主动轮连接步进电机，从动轮设置于相对所述主动轮另一端即机械手臂的底部，同步带两端分别套设于所述主动轮和从动轮上，形成带状滚轮，滑轨设置于同步带平行一侧，长形的滑杆一端设有滑片，滑片一端插入滑轨内，且能在滑轨上上下滑动，所述滑片与滑轨垂直布置，滑杆与滑片连接同一面的另一端与同步带一侧连接，当所述步进电机接收到自所述位置传感器发出的指令后，会驱动所述主动轮滚动，进而带动所述滑杆与滑片在所述滑轨上上下移动；所述滑杆一侧的两端分别通过两个连杆与两个夹爪臂一端进行枢纽连接，所述夹爪臂另一端具有可与所述载物平台结合的夹爪；舵机连接于所述滑杆与所述连杆间，可接收来自所述位置传感器所发出的信号，进而对连杆进行方向、伸直和收缩控制，实现夹爪的前后运动；
11.操作室与所述培养箱通过物流运动装置连接连接，物流运动装置与控制中枢无线连接，所述物流运动装置上设有重量传感器，当所述机械手臂的夹爪将所述载物平台自所述培养架取出，接着由所述舵机的调控，所述滑杆在所述滑轨由上往下移动，将所述载物平台放到所述物流运动装置上；将所述载物平台利用所述物流运动装置传送至一一对应所述操作空间，同时发送运作信号给所述控制中枢。
12.本发明中，所述载物平台为凹型结构，内凹处可容置至少一培养容器，所述载物平台的相对两端分别设有一向外延升的手柄。
13.本发明中，所述夹爪为ㄈ字形，相对所述滑杆另一端两臂上分别具有可容纳所述载物平台之手柄的凹槽，以将所述载物平台稳固在所述机械手臂上，防止运动时松脱。
14.本发明中，所述机械手臂为防紫外线材料，避免长期被所述紫外灯照射导致老化。
15.本发明中，所述操作室为细胞培养液操作室、影像操作室、细胞分析室或实验操作室之一种或组合。
16.本发明中，机械手臂与所述培养架设于同一空间，或与所述培养架设于不同空间；当所述机械手臂与培养架设于不同空间时，所述培养箱与培养架间具有一受所述仓内环境传感器控制开关的门，当要取出所述培养容器时，所述机械手臂会接收所述控制中枢指令移动至门前，待门开后，所述机械手臂将已移动至所述门前所述培养容器取出。
17.本发明所有控制机构/电机均自带电机，自带无线控制器，自带电源并采用无线充电方式，以减少装置内裸露导线导致灰尘积累并滋生细菌的可能，同时也节省装置本身的整体或内部结构的空间也克服了导线被紫外线照射老化的问题。
18.本发明的有益效果在于：本发明装置内的运作都由所述控制中枢利用无线信号对本发明的装置下达运作指令，因此，本发明降低了整体结构或内部装置的空间、同时也克服了导线被紫外线照射老化的问题、并且解决了大量导线容易积灰、滋生细菌的问题。
附图说明
19.图1是本发明实施例的整体示意图；
20.图2是本发明实施例的机械手臂操作示意图；
21.图3是本发明实施例的机械手臂另一面示意图；
22.图4是本发明实施例的同步带传动装置示意图；
23.图5是本发明实施例的机械手臂伸长取物示意图；
24.图6是本发明实施例的机械手臂将载物平台放到物流运动装置示意图；
25.图7是本发明实施例的载物平台利用物流运动装置进入操作室的示意图。
26.图中标号：100为培养箱，111为仓内环境传感器，112为机械手臂，113为培养架，1121为同步带传动装置，11211为步进电机，11212为主动轮，11213为从动轮，11214为同步带，11215为滑轨，11216为滑杆，1117为滑片，1122为夹爪臂，11221为连杆，11222为夹爪，112221为凹槽，1123为位置传感器，1124为无线充电电池，1125为舵机，114为载物平台，1141为手柄，115为紫外灯，120为操作室，130为轨道，131为重量传感器，200为控制中枢，300为培养容器。
具体实施方式
27.下面通过实施例结合附图进一步说明本发明。
28.实施例1：请参照图1、2，本发明提供了一种细胞培养自动装置，所述细胞培养自动装置系包含培养箱100、与所述培养箱100透过轨道130连接之操作室120、机械手臂112，以及利用无线调控所述培养箱100、机械手臂112、操作室120及轨道130运作的控制中枢200。本发明所述轨道130可为但不限于滑轨、带滚移动或移动转盘等形式中任一种。
29.请再参照图1-2，所述培养箱100内具有一培养空间，其内置有仓内环境传感器111，系以无线方式接收及/或发送来自所述控制中枢200所发出的信号，以调控所述培养箱的温度、湿度、氧气含量和整体运作、常规杀菌用的紫外灯115、以及设有若干容置空间的培养架113。所述培养架113内的容置空间可放置若干载物平台114，而所述载物平台114为凹型结构，相对两端分别设有一向外延升的手柄1141，内凹处可容置至少一培养容器300。所述培养容器300不限于培养瓶、培养皿或是培养盘等任一种细胞培养器皿。所述培养架113可为固定式培养架，亦可为一种旋转式培养架；要取出所述培养容器300时，所述控制中枢200下达指令于所述仓内环境传感器111，接着所述仓内环境传感器111启动所述培养架113转动，将欲取出的培养容器300对准所述机械手臂112，便于所述机械手臂112取出培养容器300。又所述机械手臂112可与所述培养架113设于同一空间，也可与所述培养架113设于不同空间；当所述机械手臂112与培养架113设于不同空间时，所述培养箱100具有一受所述仓内环境传感器111控制开关的门，当要取出所述培养容器300时，所述机械手臂112会接收所述控制中枢200指令移动至门前，待门开后，所述机械手臂112将已移动至所述门前所述培养容器300取出。
30.请参照图2-4，所述机械手臂112，分别具有运动中枢的同步带传动装置1121以及利用所述同步带传动装置1121可上下移动及伸缩的夹爪臂1122；同步带传动装置1121其中所述同步带传动装置1121内具有以无线信号接收自所述控制中枢200(请参照图1)信号的位置传感器1123以及无线充电电池1124。利用所述位置传感器1123控制所述机械手臂112的操作、关节运动，减少装置内大量的导线，也克服导线因接触紫外光而老化，或是大量的导线容易积灰、染菌的问题。
31.请参再照图2-7，所述机械手臂112的运动是通过所述同步带传动装置1121的一端设有步进电机11211，所述步进电机11211由所述位置传感器1123控制启动。所述步进电机11211上设有主动轮11212、从动轮11213系设于相对所述主动轮11212的另一端、同步带
11214其两端分别套设于所述主、从动轮11213上，形成带状滚轮，当所述步进电机11211启动时所述主动轮11212开始转动，带动从动轮11213以及同步带11214一并转动；滑轨11215系设于与所述同步带平行侧1121，其中长形滑杆11216的一端由可在所述滑轨11215上滑动之滑片11217垂直与所述滑轨11215连接，而所述滑杆11216与所述滑片11217连接同一面的另一端与所述同步带11214之一侧连接，当所述步进电机11211接收到自所述位置传感器1123发出之指令驱动所述主滚轮11212滚动时，通过所述同步带11214的转动带动所述滑轨11215上的滑杆11217上下运动，实现机械手臂112的上下平动；又所述夹爪臂1122与所述滑杆11216间通过两段可折叠连杆11221进行枢纽连接，其中连接的一端设有舵机1125，系可接收自所述位置传感器1123所发出的信号，对所述连杆11221下达方向、伸直和收缩的指令，因为具有可折叠性，所以更加的节约空间。所述连杆11221相对滑杆11216的另一端连接有夹爪11222，所述夹爪11222可为ㄈ字形，向外延升的两端分别具有凹槽112221，当所述机械手臂112接收指令后，所述夹爪11222向前移动，自下而上拖住所述载物平台114，所述载物平台114的两侧分别具有向外延升的手柄1141，恰巧与所述夹爪11222的凹槽112221契合，稳固地将所述载物平台114自所述培养架113取出。通过所述舵机1125接收自所述位置传感器1123所发出的指令进行的转向运动，控制所述连杆11221的转动，实现所述夹爪11222前后运动的控制，
32.请参照图5-7所示，其中，当所述夹爪11222自所述培养架113取下所述载物平台114后，所述滑杆11216藉由所述滑片11217在所述滑轨11215上往下移动将所述载物平台114放到所述轨道130上，接着所述连杆11221向内收缩，所述夹爪11222离开所述载物平台114。操作室120与所述培养箱100间通过物流运动装置连接，所述物流运动装置即包含所述轨道130以及设于所述轨道130上的重量传感器131，物流运动装置与控制中枢200间为无线连接(图1)，所述重量传感器131可以感应所述轨道130在所述载物平台114放上来后重量的变化，进而启动所述轨道130，将所述载物平台114传送至所述操作室120进行下一阶段的操作，同时发送信号给所述控制中枢200(图1)。
33.其中所述操作室120不限培养液更换操作室、影像截取操作室、细胞分析操作室以及实验操作室任一或者组合。
34.上述细胞分析操作室不限利用显微镜进行影像观察，还包括光信号分析、培养物生物学信号采集、特定波长的光学信号分析等方式。
35.而所述载物平台114为了能够在其中一个操作室120进行细胞分析，通过显微镜观察底部的细胞，故所述载物平台114的底座应可为镂空，所述载物平台114利用边框把细胞培养容器300嵌入其中。
36.由于本发明装置的采取无线控制，尤其是所述机械手臂112自带无线网络节点(位置传感器1123)、自带电机(步进电机11211)、自带电源(无线充电电池1124)，使用无线网络控制机械手臂112关节运动，避免培养箱内大量导线，有利于整洁、便于维护、预防紫外线造成的导线老化等问题。
37.为了避免紫外灯照射使机械老化，本发明的材质系选择自金属材料或涂有防紫外线涂布等可抗紫外线腐蚀的材质。