一种全自动微量粉末固体精确加样系统的制作方法

1.本实用新型涉及固体精确称量技术领域，特别涉及一种全自动微量粉末固体精确加样系统。


背景技术：

2.生物、化学等相关实验过程中，需要多种固相原料作为反应物参与化学反应。现有方法是使用分析天平对固相原料进行手动称量后，使用称量纸或称量船等转移至反应容器。该过程复杂、费时费力，大大增加了实验人员的工作量，使得实验效率低下。而对于小质量原料的称量（如毫克或亚毫克级），称量误差较大，容易发生实验错误。


技术实现要素：

3.本实用新型提供了一种全自动微量粉末固体精确加样系统，其优点是用于生物或化学实验中粉末固体原料的加样，其优点是将微量粉末固体加样工作中的按质量加样转化为按体积加样，从而提高加样精度，体积换算通过机器实现，加样工作通过机械臂实现，实现加样工作的全自动执行，解放这一过程中的劳动力，提高实验效率。
4.本实用新型的上述目的是通过以下技术方案实现的，一种全自动微量粉末固体精确加样系统，用于生物或化学实验中粉末固体原料的加样，包括第一机械臂、第二机械臂、微量定量勺、样品瓶、分析天平、第一摄像头和第二摄像头；
5.所述第一机械臂用于夹持样品瓶并带动样品瓶移动；
6.所述第二机械臂用于夹持微量定量勺并带动微量定量勺移动；
7.所述微量定量勺包括器壁、活塞和刮板，器壁包括底板和设置在底板两侧的侧板，器壁为截面为u形的结构，活塞截面形状为矩形并设置在器壁底部，活塞与器壁的两个侧板均为面接触，活塞可在器壁内沿着自身轴线方向受控移动,刮板设置在器壁内并与活塞接触，刮板可在器壁内沿着活塞轴线方向受控移动；
8.所述样品瓶用于盛装粉末固体原料，所述样品瓶为标准玻璃瓶，其标准重量和内部截面积已知，记样品瓶的标准重量为m1，要求样品瓶的实际重量与标准重量的误差不超过1%；
9.所述分析天平用于对装有粉末固体的样品瓶称重，记装有粉末固体原料的样品瓶的重量为m2，计算样品瓶内粉末固体的重量记为m0，m0=m2-m1；
10.第一摄像头和第二摄像头分别用于采集分析天平的显示数字和样品瓶内粉末固体的高度信息，第一摄像头和第二摄像头连接有用于机器视觉处理的处理器，处理器将获得的分析天平的显示数字和样品瓶内粉末固体的高度传输至另设的控制器中，控制器控制第一机械臂和第二机械臂的移动。
11.本实用新型进一步设置为，所述活塞和刮板均连接有用于驱动活塞或刮板受控移动的驱动机构，所述驱动机构包括与活塞或刮板连接的螺杆，螺杆上螺纹连接有螺母，器壁的尾部设有立板，螺母可转动的安装在立板上，立板上设有微型马达，微型马达的输出轴通
过齿轮机构与螺母的外侧连接。
12.本实用新型进一步设置为，所述刮板与器壁侧板的内侧和顶部均贴合。
13.综上所述，本实用新型的有益效果有：
14.1．本实用新型中，将需要加样的粉末固体的重量换算为体积，然后使用微量定量勺获取指定体积的粉末固体，当所需要的粉末固体量很小时，通过体积获取样品更容易实现且精度更高；
15.2．本实用新型中，装有粉末固体原料的样品瓶由分析天平称量，并通过摄像机拍摄后采用机器视觉识别的方法识别样品瓶的重量，同样样品瓶内粉末固体的高度也由摄像机拍摄并通过机器视觉识别的方法获得，从而可以通过上位机或另设的处理器自动计算粉末固体的密度，进而求得需要加样的粉末固体的体积，而微量定量勺的移动由第二机械臂控制，整个过程实现了自动化处理，解放劳动力，提高实验效率；
16.3．本实用新型中的微量定量勺结构简单，有利于小型化，实现对微量粉末固体的挖取，微量定量勺的器壁为开放式，挖取粉末固体时不易形成内部空穴，设计刮板刮去器壁上多余的粉末固体，有利于实现精确定量。
17.4．此外，使用本发明中的系统，可以计算各类生物化学反应过程中新生成的固体粉末中间产物的密度，适用性更广。
附图说明
18.图1是本实用新型中微量定量勺的示意图；
19.图2是本实用新型中微量定量勺的驱动结构示意图。
20.图中，1、器壁；2、活塞；3、刮板；4、立板；5、螺杆；6、螺母；7、齿轮机构；8、微型马达。
具体实施方式
21.下面结合附图详细说明本实用新型的具体实施方式。
22.实施例：一种全自动微量粉末固体精确加样系统，用于生物或化学实验中粉末固体原料的加样，包括第一机械臂、第二机械臂、微量定量勺、样品瓶、分析天平、第一摄像头和第二摄像头；
23.所述第一机械臂用于夹持样品瓶并带动样品瓶移动；
24.所述第二机械臂用于夹持微量定量勺并带动微量定量勺移动；
25.参考图1-2，所述微量定量勺包括器壁1、活塞2和刮板3，器壁1包括底板和设置在底板两侧的侧板，器壁1为截面为u形的结构，活塞2截面形状为矩形并设置在器壁1底部，活塞2与器壁1的两个侧板均为面接触，活塞2可在器壁1内沿着自身轴线方向受控移动,刮板3设置在器壁1内并与活塞2接触，所述刮板3与器壁1侧板的内侧和顶部均贴合，刮板3可在器壁1内沿着活塞2轴线方向受控移动；
26.所述样品瓶用于盛装粉末固体原料，所述样品瓶为标准玻璃瓶，其标准重量和内部截面积已知，记样品瓶的标准重量为m1，要求样品瓶的实际重量与标准重量的误差不超过1%；
27.所述分析天平用于对装有粉末固体的样品瓶称重，记装有粉末固体原料的样品瓶的重量为m2，计算样品瓶内粉末固体的重量记为m0，m0=m2-m1。
28.第一摄像头和第二摄像头分别用于采集分析天平的显示数字和样品瓶内粉末固体的高度信息，第一摄像头和第二摄像头连接有用于机器视觉处理的处理器，处理器将获得的分析天平的显示数字和样品瓶内粉末固体的高度传输至另设的控制器中，控制器控制第一机械臂和第二机械臂的移动。
29.根据样品瓶的内部截面积与样品瓶内粉末固体的高度可得样品瓶内粉末固体的体积，记为v0，则粉末固体的密度p= m0/v0。设某次加样工作中所需的该种粉末固体的重量为mx，所需的粉末固体的体积为vx，则vx=mx/p。加样时使用微量定量勺挖取体积为vx的粉末固体即可。在微量定量取样时，体积控制更容易实现且更精准。
30.记活塞2端面面积为a，记该次加样工作中活塞2端面与器壁1端面距离为sx，sx=vx/a，因此，只需将活塞2端面与器壁1端面之间的距离调整至sx即可。微量定量勺用于毫克级粉末样品的加样，生物或化学实验中，粉末固体的密度通常在0.5mg/ml左右，因此，活塞2端面面积a的取值设置在平方毫米级。
31.所述活塞2和刮板3均连接有用于驱动活塞2或刮板3受控移动的驱动机构，所述驱动机构包括与活塞2或刮板3连接的螺杆5，螺杆5上螺纹连接有螺母6，器壁1的尾部设有立板4，螺母6可转动的安装在立板4上，立板4上设有微型马达8，微型马达8的输出轴通过齿轮机构7与螺母6的外侧连接。
32.所述微量定量勺由第二机械臂夹持，第二机械臂为多自由度机械臂，使用微量定量勺获取所需体积的粉末固体并加入到反应容器中，具体包括以下步骤：
33.将微量定量勺活塞2端面与器壁1端面距离调整为sx，使用机械臂将微量定量勺的端部倾斜插入样品瓶中的固体粉末中，随后抬起微量定量勺，并通过刮板3刮去多余粉末；此时微量定量勺内的粉末固体的体积为sx*a，满足加样要求；
34.移动微量定量勺至反应容器上方并倾斜，抖动微量定量勺将微量定量勺中的粉末固体加入至反应容器中，微量定量勺采用不锈钢材质，附着力低，在抖动时粉末固体脱离不易附着。
35.以上所述的仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。