一种可用于环境DNA采样的夹取式滤膜更换系统

一种可用于环境dna采样的夹取式滤膜更换系统
技术领域
1.本发明属于水样采集技术领域，特别涉及一种可用于环境dna采样的夹取式滤膜更换系统。


背景技术：

2.伴随着全球生物多样性治理新战略的推进，以及联合国《生物多样性公约》的实施，生物多样性调查研究的重要性越来越凸显。随着生物多样性调查研究的发展，通常需要对水体中的环境dna和微生物进行大规模和高频次的宏基因组分析，这就要求对水样进行大规模的过滤以及高频次的更换滤膜。不同于普通的更换滤膜场景，在环境dna采样或微生物采样场景中，还需要格外注意避免样品之间的交叉污染，避免操作过程引入新的污染，从而确保样品的独立性和检测结果的准确性。以往简单直接地更换滤膜方法，是将水样经圆片滤膜过滤之后，实验员手动打开滤头并用干净镊子取出包含样品的滤膜，随后使用干净的镊子夹取新的圆片滤膜更换上去，最后手动重新安装好滤头。不论是应用于固定地点的长期连续监测，还是应用于跟随调查船对多个地点依次采样，都意味着大规模高频次的更换圆片滤膜操作。现有技术中存在的主要问题和不足包括：由于当前这种手动更换圆片滤膜的方式，操作繁复，不同实验员可能会因为操作手法不同而引入误差。并且，这种拆开-取膜-换膜-再安装的操作流程，白白的消耗掉了大量的时间和劳动，不利于进行高频次的采样。再次，人工手动更换滤膜也容易引入污染，造成样品调查结果的偏差。最后，人工手动更换滤膜的方式，离不开人的操作，不利于自动化采样过滤，也不利于标准化的长期连续采样或在线连续监测活动。其它领域中使用的气动吸附更换滤膜的方案，容易导致滤膜之间的交叉污染。其它领域中使用的转盘式更换滤膜的方案，能够容纳的滤膜数量较少，无法满足大规模高频次的更换圆片滤膜场景的应用。
3.也即，滤膜的更换方式而言，现有技术中，通过人工进行滤膜更换，存在操作繁复、不同实验员可能会因为操作手法不同而引入误差，并且更换效率低的弊端。
4.可见，对于滤膜的更换方式，如何提高更换速度，并且降低更换过程中出现的误差，进而提高滤膜的更换效率，是本领域技术人员亟需解决的技术问题。


技术实现要素：

5.本发明提供的一种可用于环境dna采样的夹取式滤膜更换系统，以至少解决上述技术问题：
6.为了解决上述问题，本发明的第一方面提供一种可用于环境dna采样的夹取式滤膜更换系统，所述滤膜被环状的壳体装配为一体结构的滤饼，所述滤膜更换系统包括：弹匣式机构，所述弹匣式机构的内部设置有若干待采样的所述滤饼；采样区，所述采样区用于接收待采样的所述滤饼，并对待采样的所述滤饼进行水样采集；夹取装置，所述夹取装置包括夹具，所述夹具用于将待采样的滤饼夹取至所述采样区。
7.在第一方面中，所述采样区包括半圆形的底座，所述底座的上部一侧设置顶盖，所
述底座与顶盖之间形成用于接收所述滤饼的容饼空间；所述弹匣式机构包括弹匣筒，所述弹匣筒内的若干待采样所述滤饼按照上下堆叠的方式设置，所述弹匣筒位于所述底座的上部另一侧，且所述弹匣筒距离所述底座的上部留有可通过一个滤饼高度的过饼通道；所述夹取装置还包括第一驱动装置，所述第一驱动装置用于执行转动动作，所述第一驱动装置设置在所述底座的圆心位置，并与所述夹具驱动连接，用于驱动所述夹具绕所述圆心转动；其中，所述容饼空间和所述过饼通道均位于所述夹具绕所述圆心转动的路径上；当所述第一驱动装置执行转动动作，且使所述夹具沿所述过饼通道至所述容饼空间做往复转动时，逐一将所述通道内待采样的所述滤饼夹取至所述容饼空间以进行水样采集。
8.在第一方面中，所述夹具包括：左爪指、右爪指和第二驱动装置，所述左爪指和所述右爪指均为弧形，所述左爪指和所述右爪指的一端与所述第二驱动装置通过齿轮组耦合，所述第二驱动装置驱动时，所述齿轮组带动所述左爪指和所述右爪指远离耦合端的一端共同开合，所述左爪指和所述右爪指共同构成与所述滤饼外棱边相适应的夹取空间。
9.在第一方面中，所述左爪指和所述右爪指的相对侧面均设置有防滑层。
10.在第一方面中，所述滤膜更换系统包括：检测装置，所述检测装置用于检测所述夹具的位置，并生成位置信息；控制装置，所述控制装置与所述检测装置连接，用于获取所述位置信息；所述控制装置还与所述第一驱动装置和所述第二驱动装置连接；其中，当所述控制装置接收到的所述位置信息为预设位置时，控制所述第一驱动装置执行所述转动动作，以及控制所述第二驱动装置发生驱动。
11.在第一方面中，所述检测装置包括摄像头。
12.在第一方面中，所述检测装置包括角度传感器，所述角度传感器设置在所述第一驱动装置的驱动端，当所述第一驱动装置执行转动动作时，检测所述第一驱动装置的转动角度是否达到预设转动角度，若是，则判定所述第一驱动装置转动至预设位置。
13.在第一方面中，所述滤膜更换系统包括：第三驱动装置，所述第三驱动装置的驱动端与所述夹具连接，所述第三驱动装置用于执行切向转动动作，当所述第三驱动装置执行所述切向动作时，使所述夹具沿水平切向转动。
14.在第一方面中，所述第一驱动装置、所述第二驱动装置和所述第三驱动装置均包括下述电机的一种：步进电机或伺服电机。
15.有益效果：本发明提出了一种可用于环境dna采样的夹取式滤膜更换系统，通过在弹匣式机构内设置若干滤饼，然后通过夹取装置对弹匣式机构内的滤饼进行夹持，以输送至采样区内进行水样采取，该夹取装置包括夹具，通过夹具的夹取方式实现了滤膜更换的机械化，解决了现有技术中通过人工进行滤膜更换由于手法不同而造成的误差。
附图说明
16.为了更清楚地说明本说明书实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
17.图1为本发明实施例一中可用于环境dna采样的夹取式滤膜更换系统的结构图一；
18.图2为本发明实施例一中可用于环境dna采样的夹取式滤膜更换系统的结构图二；
19.图3为办本明实施例一中可用于环境dna采样的夹取式滤膜更换系统的俯视图；
20.图4为夹具夹取滤饼的位置变化示意图。
21.附图标记说明：
22.1、弹匣式机构；
23.101、弹匣筒；
24.2、底座；
25.3、夹具；
26.301、左爪指；
27.302、右爪指；
28.4、滤饼；
29.5、第一驱动装置；
30.6、第二驱动装置；
31.7、第四驱动装置；
32.8、限位杆；
33.9、顶盖；
34.10、弹簧；
35.11、限位片；
36.12、限位柱；
37.13、曲柄杠杆；
38.14、进水管道；
39.15、出水管道；
40.16、弹匣通孔；
41.17、转轴；
42.18、固定架；
43.19、固定架通孔。
具体实施方式
44.下面将结合附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
45.同时，本说明书实施例中，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本说明书实施例中所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明目的，并不是旨在限制本发明。
46.实施例一：
47.如图1-4所示，本实施例一提供了一种可用于环境dna采样的夹取式滤膜更换系统，滤膜被环状的壳体装配为一体结构的滤饼4，其特征在于，滤膜更换系统包括：弹匣式机
构1、采样区、夹取装置；
48.弹匣式机构1的内部设置有若干待采样的滤饼4；
49.采样区用于接收待采样的滤饼4，并对待采样的滤饼4进行水样采集；
50.夹取装置包括夹具3，夹具3用于将待采样的滤饼4夹取至采样区进行水样采集。
51.在上述实施例一的技术方案中，通过在弹匣式机构1内设置若干滤饼4，然后通过夹取装置对弹匣式机构1内的滤饼4进行夹持，以输送至采样区内进行水样采集，该夹取装置包括夹具3，通过夹具3的夹取方式实现了滤膜更换的机械化，解决了现有技术中通过人工进行滤膜更换由于手法不同而造成的误差。弹匣式机构1包括弹匣筒101，且弹匣筒101通过固定架18固定，固定架18的侧壁设置有固定架通孔19。
52.进一步地，对于上述实施例一中的滤膜更换系统而言，本实施例一提出一种实施方式，该方式包括：采样区包括半圆形的底座2，底座2的上部一侧设置顶盖9，底座2与顶盖9之间形成用于接收滤饼4的容饼空间；弹匣式机构1包括弹匣筒101，弹匣筒101内的若干待采样滤饼4按照上下堆叠的方式设置，弹匣筒101位于底座2的另一侧，且弹匣筒101距离底座2的上表面预留有可通过一个滤饼4高度的过饼通道；夹取装置还包括第一驱动装置5，第一驱动装置5用于执行转动动作，第一驱动装置5设置在半圆形底座2的圆心位置，并与夹具3驱动连接，用于驱动夹具3绕圆心转动；其中，容饼空间和过饼通道均位于夹具3绕圆心转动的路径上；当第一驱动装置5执行转动动作，且使夹具3沿过饼通道至容饼空间做往复转动时，逐一将过饼通道内待采样的滤饼4夹取至容饼空间以进行水样采集。
53.具体而言，对于夹具3来说，本实施例一提出一种实施方式，该实施方式包括：左爪指301、右爪指302和第二驱动装置6，左爪指301和右爪指302均为弧形，左爪指301和右爪指302的一端与第二驱动装置6通过齿轮组耦合，第二驱动装置6驱动时，齿轮组带动左爪指301和右爪指302远离耦合端的一端共同开合，左爪指301和右爪指302共同构成与滤饼4外棱边相适应的夹取容饼空间；且左爪指301和右爪指302张开角度大于90度；
54.进一步地，基于上述实施例一中通过夹具3对滤饼4进行夹取的基础，本实施例一提出一种检测组件的技术方案，以提高夹取的精度，该技术方案包括：检测装置，检测装置用于检测夹具3的位置，并生成位置信息；控制装置，控制装置与检测装置连接，用于获取位置信息；控制装置还与第一驱动装置5和第二驱动装置6连接；其中，当控制装置接收到的位置信息为预设位置时，则控制第一驱动装置5执行转动动作，以及控制第二驱动装置6驱动。
55.进一步地，对于检测装置而言，本实施例一提出一种实施方式，该实施方式包括：摄像头，通过摄像头获取夹具3的位置信息。
56.进一步地，对于检测装置而言，本实施例一提出另一种实施方式，该实施方式包括：角度传感器，角度传感器设置在第一驱动装置5的驱动端，当第一驱动装置5执行转动动作时，检测第一驱动装置5的转动角度是否达到预设转动角度，若是，则判定第一驱动装置5转动至预设位置；
57.更近一步地，对于检测装置而言，本实施例一还提出一种实施方式，该实施方式包括，结合摄像头与角度传感器的方式，共同对夹具3的位置精度进行检测。
58.对于上述实施例一中的滤膜更换系统而言，本实施例一还提出一种实施方式，该实施方式包括：第三驱动装置，第三驱动装置的驱动端与夹具3连接，第三驱动装置用于执行切向转动动作，当第三驱动装置执行切向动作时，使夹具3沿水平切向转动，以翻转位于
滤饼4当中的滤膜。
59.具体而言，对于第一驱动装置5、第二驱动装置6和第三驱动装置来说，作为第一驱动装置5、第二驱动装置6和第三驱动装置的是一种实施方式，本实施例一提出一种方案，该方案包括：第一驱动装置5、第二驱动装置6和第三驱动装置可选用步进电机或伺服电机。
60.进一步地，本实施例一还提出一种实施方式，该实施方式包括：滤膜更换系统还包括：弹簧10、限位片11和限位杆8，限位杆8由顶盖9穿设至底座2，顶盖9可沿限位杆8上下滑动，弹簧10套设在限位杆8上，限位片11设置在限位杆8远离底座2的一端，并将弹簧10限制在限位片11与顶盖9之间，当弹簧10处于自动伸长状态时，将顶盖9压设在底座2上；限位柱12，限位柱12竖向设置，限位柱12上部为圆锥状；一对曲柄杠杆13，曲柄杠杆13由弹性金属材质制备，曲柄杠杆13为长杆结构，长杆结构的两端突出设置有干涉部，长杆结构的中部通过转轴17与弹匣式机构1的外壁连接，长杆结构的一端干涉部与设置在对应侧的弹匣通孔16内并与滤饼4接触，长杆结构的另一端干涉部与限位柱12的上部接触；当顶盖9处于初始上升的初始位置时，长杆结构的一对干涉部对应滤饼4以及限位柱12自然接触，当顶盖9向上发生位移时，限位柱12的圆锥状锥面推动长杆结构另一端干涉部，长杆结构绕转轴17发生转动，使长杆结构的另一端一端干涉部与对应侧滤饼4紧密接触；连接板，连接板的一端与顶盖9固定连接，连接板的上表面用于承载限位柱12；第四驱动装置7，第四驱动装置7的驱动端设置在连接板的下表面，且第四驱动装置7用于执行伸长动作和收缩动作；需要说明的是，当滤膜被夹具3夹取时，第四驱动装置7推动连接板向上发生位移，使连接板推动限位柱12，使限位柱12向曲柄杠杆13施力，以使得曲柄杠杆13抱夹位于弹匣通孔16内的滤饼4，使位于过饼通道内的滤饼4顺利被夹取，当夹具3脱离过饼通道后，第四驱动机构驱动连接板复位，以使得弹匣筒101内的滤饼4顺利落入至过饼通道。其中，顶盖上设置有用于引入外部待采样水源的进水管道14，底座上设置有将被采集完毕的进行排放的出水管道15。
61.最后应说明的是：以上上述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围。都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
62.尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。