一种旋转开关盖机构的制作方法

1.本发明涉及医疗仪器自动化领域，尤其涉及自动化领域的一种旋转开关盖机构。


背景技术：

2.在临床实验室内通常会进行各种不同类型的测试以测量从患者获得的生物液体中的各种化学成分，例如全血、血清、血浆、间质液、尿液等时，最近几年各类病毒的持续影响，使得以鼻拭子、咽拭子、肛拭子等为检测对象的样本检测也越来越普遍，样本检测由于涉及到了公共安全相关领域，因此检测样本量特别巨大，这种操作对于设备与人员运行效率要求特别高，同时对于检测人员的安全性也提出了巨大的要求。
3.为了保护测试样品不受环境影响，样本容器通常配备有盖子或封闭物。一些测试样品处理步骤包括使用移液装置进行的移液操作，例如从样本容器中将样品移出和/或分配，和/或将样品移出和/或分配到样本容器中。在进行这种移液操作之前，首先需要将盖或封闭物手动或自动地使用例如盖去除装置从样本容器中去除。随后，将取下的盖子作为固体生物废物丢弃，这可能会造成环境污染和额外的处置费用。在完成所有预定的前处理和/或分析测试样品处理步骤之后，如果稍后还需要进一步的测试样品处理步骤，则将测试样品预存在处置单元中或暂存于实验室存储和检索系统中。在处置或存储之前，使用新的瓶盖材料手动或自动使用例如瓶盖安装装置重新盖上样本容器。但是，由于盖子的尺寸，例如直径或高度，以及几何形状会根据相应的样本容器类型而有所不同，因此可能无法始终使用配件盖。因此，不能总是确保对样品的最佳保护，从而导致潜在的样品杂质或交叉污染，这可能对样品完整性、测试结果和随后的诊断产生严重影响。因此需要设计的开关盖机构，能够对容器盖进行匹配暂存，等待预处理或者分析完成后再重新盖上之前对应的容器盖，则会保证样本不受污染，且不存在盖匹配问题。
4.日本发明专利jp2522078b2很早便公开了一种样本容器自动开关盖方法，其包括了开盖机构，还包括样本容器的夹持机构，通过控制器控制在样本容器被打开的过程中所述夹持机构夹紧样本容器本体，从而实现容器盖的最终打开，为了保证容器盖不至于被丢弃，还设置有容器盖的承载部，完成处理之后开关盖机构从承载部取回容器盖并重新完成盖合；罗氏公司递交的欧洲发明专利申请ep3489694a1也采用了类似的设计，将容器本体接收部与容器盖接收部进行了整体组合型设计，如此保证了容器盖并不会因放置位置过于集中而产生混乱或者交叉污染的风险；美国发明专利us10151765b2则采取了另一种不同的设计思路，其设计了一种转盘类型的开关盖装置，将开盖和关盖位置进行了分隔，因此适合于流水线类型的操作系统；美国发明专利us6257091b1提出了一种一体化的样本容器开关盖装置，其包括了集成于开关盖结构的样本容器本体夹持部，在开盖的过程中不需要额外的力或者辅助机构对于样本容器夹持；欧洲发明专利ep2462455b1，美国专利申请us20190039869a1也采用了类似的结构。然而上述所有设计均会导致开关盖夹持头设计复杂，进而导致故障风险点多，并且需要较大的操作空间。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于：针对上述存在的问题，本发明提供了一种作用于现有的、为了实现加工生产方便的螺旋式容器盖，将容器盖本身的加工螺纹利用起来，适应特定的螺旋式容器盖类型，一方面解决了容器盖卸载后需要夹持程序设计的麻烦的问题，另一方面也对于工艺螺纹达到了最大化地利用，减少了开关盖机构运动部件，保证了系统的可靠性的旋转开关盖机构。
6.本发明提供的旋转开关盖机构，作用于包括容器本体和容器盖的样本容器，其特征在于，包括旋盖组件，用于驱动容器盖相对容器本体旋转，并从容器本体上旋开或关紧；与所述旋盖组件相连接的升降组件，用于带动旋盖组件至少完成垂直方向运动；所述旋盖组件包括设置有外螺纹结构的旋转头，所述外螺纹结构能与被执行开关盖的所述样本容器的容器盖的内螺纹配合连接，并逆时针或顺时针旋转带动所述容器盖逆时针或顺时针旋转，从而实现所述容器盖的旋开或关紧。
7.优选地，所述升降组件包括第一驱动部，用于为所述升降组件提供动力；所述旋盖组件还包括第二驱动部，用于为所述旋转头逆时针或顺时针旋转提供动力。
8.优选地，所述旋转头数量为n个，其中n为大于2的整数。
9.优选地，所述旋转头直接或间接连接联动器，所述第二驱动部通过连接在其驱动端上的驱动件直接或间接连接所述联动器，实现所述第二驱动部驱动所述旋转头进行逆时针或顺时针旋转。
10.优选地，所述旋盖组件还包括套设在所述旋转头外的旋转套筒，所述旋转套筒下沿和/或靠近下沿的内壁设有能够适配于容器盖上防滑纹的齿槽，用于防止所述容器盖松离所述旋转头。
11.优选地，所述第二驱动部与所述旋转头之间包括缓冲件，用于在所述容器盖的旋开或关紧过程中起缓冲作用。
12.优选地，所述第二驱动部能够驱动所有n个所述旋转头在同一时刻以相同的旋转方向和相同旋转速度运行。
13.优选地，所述旋盖组件还包括设置于所述旋转头外的容器盖卡合结构，能够卡紧所述旋转头螺纹连接的容器盖。
14.优选地，所述卡合结构包括弹性元件和与其直接或间接连接的节段体，当所述旋转头连接有所述容器盖时，所述节段体的至少部分能够与所述容器盖接触，实现对于所述容器盖的卡合作用。
15.优选地，所述升降组件还包括升降架和丝杆，所述第一驱动部与所述升降架连接，所述丝杆穿过所述第一驱动部并与所述旋盖组件连接。
16.综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
17.1、本发明通过带有外螺纹的旋转头配合容器盖的内螺纹，从而实现了对于螺旋盖类型的容器盖内本身所具有的螺纹最大化地利用，可进一步通过反向螺纹的配合设计，使得旋转头在旋转连接容器盖之后再沿着相同方向旋转即可实现对于容器盖与容器本体的旋松，同样也适应于旋紧的关盖过程，通过不同的驱动实现了升降运动配合下的样本容器旋转开盖操作。
18.2、进一步通过设置的n个旋转头实现了对于多个样本容器同时开关盖的操作，所
有n个所述旋转头在同一时刻能以相同的旋转方向和相同旋转速度运行保证了多个样本容器能同时可靠地被执行开关盖操作，也能够适应批量化生产获得的样本容器仅具有微小差异下的同步开关盖操作，同时设计出第二驱动部所有旋转头进行驱动。
19.3、进一步所述旋盖组件还包括设置于所述旋转头外的容器盖卡合结构，一方面能够卡接容器盖使得其可被机械力可靠地夹持，保证了开关盖过程中旋转头与容器盖的可靠性连接，另一方面其能够引导扶正容器盖，从而实现旋转头与容器盖可靠无偏斜地相连接。
附图说明
20.图1是本发明所提供的一种八通道旋转开关盖机构的示意图；
21.图2是本发明所提供的一种八通道旋转开关盖机构内部旋转结构的示意图；
22.图3是本发明所提供的一种旋盖组件的正视剖面图示意图；
23.图4是本发明所提供的另一种弹性布置的旋盖组件正视剖面示意图；
24.图5是本发明所提供的一种样本容器结构示意图；
25.图6是本发明所提供的一种旋盖组件准备执行开盖状态示意图；
26.图7是本发明所提供的一种旋盖组件连接容器盖示意图；
27.图8是本发明所提供的另一种旋盖组件连接容器盖示意图；
28.图9是本发明所提供的一种旋盖组件连接容器盖上升过程状态示意图；
29.图10是本发明所提供的一种旋盖组件未正确执行开盖的效果示意图；
30.图11和图12是本发明所提供的一种旋盖组件关盖过程状态示意图。
31.图中标记：升降架1，编码器2，第一驱动部3，丝杆4，竖直导轨5，滑块6，第二驱动部7，减速器8，驱动齿轮9，旋转头10，旋转套筒11，限位器12，限位挡片13，感应器14，轴承15，联动器16，旋转轴17，限位钉 18，传动齿轮19，缓冲件20，样本容器21，容器本体210，容器盖211，底座 212，样本架22，弹簧连接件23、装载孔220、卡合结构24、节段体241。
具体实施方式
32.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
33.因此，以下对在附图中提供的本技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本技术的范围，而是仅仅表示本技术的选定实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
34.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
35.如图1所示，一种旋转开关盖机构，包括用于执行开关盖操作的旋盖组件以及用于带动所述旋盖组件垂直运动的升降组件。所述升降组件包括升降架 1、丝杆4和第一驱动部3，第一驱动部3为升降电机，所述第一驱动部3通过电机安装座固定在所述升降架1上，所述丝杆4穿过所述第一驱动部3与旋盖组件相连，所述第一驱动部3驱动所述丝杆4带动旋盖组
件上下运动，同时配合旋转运动，实现对样本容器21的开关盖操作。所述第一驱动部3还连接有编码器2，用于采集第一驱动部3的转速，并将信号反馈至控制器(图未示)，用于精确控制旋盖组件的升降速度。所述升降架1的两侧还设有竖直导轨5，所述旋盖组件通过滑块6滑动连接在所述竖直导轨5上。所述升降架1上还设有限位器12，所述旋盖组件上设有限位挡片13，所述限位器12与所述限位挡片13垂直相对，用于在运动开始前后对旋盖组件进行复位；同时在旋盖组件上升过程中进行限位，防止第一驱动部3过量运动影响正常运行。所述限位器 12可选择为光电开关，当限位挡片13接触限位器12即可将信号传递至控制器实现控位，能精确实现到达设定位置。当需要进行样本容器21的开关盖时，所述第一驱动部3可以被驱动运行，例如可以为顺时针运行，此时由于第一驱动部3固定在升降架1上，丝杆4的旋转运动将转化为带动旋盖组件的下降运动，而在完成开盖上升过程中，第一驱动部3可以逆时针运行，从而整体实现了在第一驱动部3的带动下使所述旋盖组件至少完成垂直方向运动。
36.如图3、图4所示，所述旋盖组件包括旋转结构和套设在旋转结构上的旋转头10，所述旋转结构包括从上至下依次设置的轴承15、联动器16和旋转轴 17，所述轴承15通过螺钉和垫片固定在旋转轴17顶端，所述联动器16为转轴联动齿轮，其通过左端的顶丝固定在旋转轴17中端，所述旋转轴17下端通过限位钉18固定有旋转套筒11和旋转头10，所述旋转套筒11套设在旋转头 10外，所述旋转头10设有用于与容器盖211旋接的外螺纹。所述旋转头10配合升降和旋转运动，实现对所述样本容器21的开关盖操作。为了防止开盖成功后容器盖211从旋转头10松离，所述旋转套筒11的下沿设有与容器盖211 防滑纹匹配的齿槽，该齿槽可以采用小间距的细齿型齿槽设计，也可采用大间距的粗齿型齿槽设计。容器盖211通过向上的作用力使得旋转套筒11的齿槽卡进容器盖211的防滑纹内，从而固定容器盖211。所述旋转头10内设有缓冲件20，缓冲件20为弹簧，起到缓冲作用，以留给暂时与容器盖211凹槽螺纹匹配失败的旋转头10空转的机会，同时避免了刚性压力对旋转头10外螺纹或容器盖211螺纹的挤压造成的损坏，直至旋转头10与容器盖211凹槽螺纹连接并旋紧；同时使得所述旋转套筒11的下沿齿槽卡进容器盖211的防滑纹内，防止关盖操作中容器盖211松离旋转头10。图4中所述旋转套筒11可与转轴直接或间接地利用弹簧连接件23弹性连接，从而实现所述旋转套筒11可柔性地卡进容器盖211，如此可以实现旋转套筒11对于容器盖211的最小化磨损，最大限度避免了容器盖211被刮伤产生塑料屑而造成的样本污染等风险，其余部分基本功能与图3类似，此处不再赘述。
37.为了保证开关盖操作的高效化执行，所述旋转头10数量为n个，其中n 为大于2的整数，如图示意了n为8的场景，实现8个样本容器21的同时开关盖操作，所述旋转头10直接或间接连接旋转轴17和联动器16，所述n个旋转头10的联动器16排成一排，所述第二驱动部7通过连接在驱动轴上的驱动齿轮9直接或者间接地啮合连接所述联动器16，第二驱动部7输出驱动力，其可以布置为直接依靠连接在其上的驱动齿轮9啮合两个联动器16，从而实现直接带动相邻的两个旋转头10同步运动的效果，为了保证系统中每个驱动部受力矩更小，使得开关盖装置运行的可靠性大大增加，也不需要设置更精密和更高强度的传动组件，第二驱动部7为两个，且均为旋转电机，共同输出旋盖组件开盖的动力，如此两个第二驱动部7能够直接驱动4个旋转头10同步运动，保证了系统中每个旋转电机受力矩更小，使得本开关盖机构运行的可靠性大大增加，也不需要设置更精密和更高强度的传动组件。所述旋转结
构还包括传动齿轮19，所述传动齿轮19设置在联动器16之间，从而可以同步剩余的未直接啮合至驱动齿轮9的四个联动器16，从而实现了在所述第二驱动部7驱动下所有n个所述旋转头10在同一时刻能以相同的旋转方向和相同旋转速度运行的同步转动效果，保证了多个样本容器21能同时可靠地被执行开关盖操作，也能够适应批量化生产获得的样本容器21仅具有微小差异下的同步开关盖操作，配合弹性元件允许下的空转操作，保证了批量操作的可靠性。为了降低转速和增大转矩，以满足旋转工作需要，所述第二驱动部7的输出轴连接有减速器8，所述减速器8的输出轴通过驱动齿轮9与联动器16和/或传动齿轮19直接或间接啮合连接。本实施例中，装载所述旋转结构的齿轮箱和所述滑块 6以及所述限位挡片13可一体化设置。为了检测开关盖操作的执行情况，所述升降架1还设有感应器14，所述感应器14水平方向正对所述旋转头10设置。用于检测开盖后上升过程中旋转头10是否旋接有容器盖211以及容器盖211 是否旋接有容器本体210；关盖后机构复位上升中旋转头10是否旋有容器盖 211。本实施例中，所述感应器14可以为光电传感器，其数量对应旋转头10 的数量设置，n个感应器14排成一排通过螺钉固定在升降架1上并与控制器连接，将采集到的信号反馈至控制器。
38.图5示意了一种样本容器21的示意图，其可以为带盖的唾液采样管、全血采样管、尿液等排泄物采样管，以及动植物组织表皮等切片样本采集管等，一种情况中其可以为例如咽拭子、鼻拭子、肛拭子等采集管，其可以为单拭子采样管，也可以为5：1、10：1、20：1等的混合采样管，进一步样本容器21 的容器本体210可以包括识别码，例如条码、二维码、frid等等用作对象信息获取和实验数据库建立等功能，以常用的检测样本容器21为例进行工作流程说明。样本容器21，包括容器本体210和容器盖211。所述容器本体210底部设有底座212，所述容器本体210和容器盖211旋接，所述容器盖211上端设有凹槽，所述凹槽设有与所述旋转头10旋接的内螺纹，该内螺纹当然也可以在容器盖211生产过程中充当转轴或者辅助机械臂等的连接部。所述容器盖 211与容器本体210的旋接方向和容器盖211与旋转头10的旋接方向相反，进而使得旋转头10在旋转连接容器盖211之后再沿着相同方向旋转即可实现对于容器盖211与容器本体210的旋松，同样也适应于旋紧的关盖过程，通过不同方向的旋转能可靠地实现容器盖211的盖合或脱离。所述样本容器21装载在如图6所示的样本架22上，所述样本架22底部设置有与底座212匹配的装载孔220用于固定所述容器本体210，当然在所述样本架22上可进一步设置与底座212匹配的带凸棱的承载部，从而使得开关盖过程中样本容器21能被固定，保证开关盖的可靠性，进一步样本架22内还可设置传感器，例如光电类型或者机械类型传感器，用于指示所述样本架22内样本容器21是否被正确安装到位，当然进一步其内可包括弹性固定元件，从而能够适应容器本体210直径有所差异的样本容器21的固定。
39.如下将结合附图7～11进行样本容器21开关盖操作流程详细说明，实验开始前，操作人员将关盖状态的样本容器21插入样本架22装载孔220内，并从样本仓入口处将样本架22推入样本仓内，该过程中添加样本容器21和推入过程也可以利用全自动化实现，当样本容器21插入对应装载孔220内传感器可指示出样本是否正确装载并可将对应信号传递给控制器，从而允许机器饱和或者非饱和操作。
40.实验开始，如图7所示，待样本架22水平移动至指定位置时，所述旋转头10 与所述容器盖211垂直相对。所述第一驱动部3通电驱动丝杆4带动旋盖组件沿竖直导轨5下降，当
一边下降一边顺时针旋转，直至容器盖211与容器本体210旋紧，如图12所示。由于旋转头10内设有缓冲件20，所述容器盖211外沿的防滑纹受向上的反作用力被迫卡进旋转套筒11的齿槽中，防止容器盖211松落。由于容器盖 211分别与容器本体210及旋转头10的旋接方向相反，且容器本体210固定不会随着容器盖211一起旋转，继续顺时针旋转时，所述容器盖211盖紧在容器本体210上并与旋转头10脱离。第一驱动部3驱动丝杆4带动旋盖组件沿竖直导轨5上升。当上升至第一设定位置时，若出现容器盖211随旋转头10一并带起的情况，所述感应器14发射光线经容器盖211反射后反馈信号至控制器，提醒操作人员关盖失败，开关盖机构也可以进行再次的关盖尝试；若工作正常，旋盖组件继续上升至限位挡片13触发限位器12时，所述开关盖机构停止工作，关盖过程结束。
42.本文中应用了具体的实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本分明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本分明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
43.需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
44.在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。