挑针自动复位机构、克隆挑取工作站及克隆挑取方法

1.本技术涉及菌落挑取的技术领域，尤其是涉及一种挑针自动复位机构、克隆挑取工作站及克隆挑取方法。


背景技术：

2.国内大规模基因测序、生物芯片、生物制药、免疫检测及化学合成等领域有许多工序急需用机器人代替繁琐的手工工作来确保高通量、高精度的流水线生产需要。
3.相关技术中，克隆挑取工作站通常包括工作台、设置于工作台上的传送件和用于驱动传送件沿自身周向运动的动力件，传送件的周缘间隔均布有若干组挑针自动复位机构，挑针自动复位机构包括固设于传送件的连接板和沿竖直方向滑移连接于连接板且用于固定挑针的固定板，连接板和固定板均沿传送件的周向延伸，连接板与固定板之间设置有用于使固定板带动挑针竖直向上复位的复位弹簧，复位弹簧于连接板沿其延伸方向的两侧对称设置有两个。工作台上设置有挑取工位和接种工位，工作台上设置有用于驱动固定板竖直向下移动的驱动件。
4.基因测序工作中，传送件在动力件的作用下转动时带动挑针自动复位机构转动，挑针转动至与挑取工位相对应的位置时，驱动件驱动固定板带动挑针竖直向下移动，实现对目标菌落的挑取，传送件继续转动，挑针转动至与接种工位相对应的位置时，驱动件驱动固定板带动挑针竖直向下移动，实现对目标菌落的接种，其中一个挑针对菌落进行接种的同时，其他挑针转动至与挑取工位相对应的位置，对菌落进行挑取，如此循环往复，直至将培养皿中的所有菌落接种到微孔板中。
5.针对上述中的相关技术，发明人认为存在以下缺陷：挑针自动复位机构中的连接板和固定板均沿传送件的周向延伸，使得挑针自动复位机构的体积占比较大，因此存在一定的改进空间。


技术实现要素：

6.为了减小挑针自动复位机构的体积占比，提升克隆挑取工作站的工作效率，本技术提供一种挑针自动复位机构、克隆挑取工作站及克隆挑取方法。
7.本技术提供的一种挑针自动复位机构、克隆挑取工作站及克隆挑取方法，采用如下的技术方案：一种用于克隆挑取工作站的挑针自动复位机构，包括用于与传送件固定的连接件，所述连接件上固设有导轨,所述导轨竖直设置，所述导轨上滑动配合有用于固定挑针的挑针固定件，所述挑针固定件上设置有用于动力源抵接施力的受力部，所述连接件与挑针固定件之间设置有用于使挑针固定件沿导轨竖直向上复位的弹性复位件。
8.通过采用上述技术方案，动力源抵接施力于挑针固定件上的受力部，对挑针固定件施加竖直向下的作用力，使挑针固定件带动挑针竖直向下移动，完成对目标菌落的挑取或接种，挑取或接种完成后，动力源不再对挑针固定件施力，挑针固定件在弹性复位件的作
用下带动挑针竖直向上复位，挑针自动复位机构整体结构较为简单，且结构紧凑，减小了挑针自动复位机构的体积占比。
9.优选的，所述弹性复位件处于拉伸状态，所述挑针固定件包括滑动配合于导轨的滑块和固设于滑块的挑针固定板，所述挑针固定板用于固定挑针，所述滑块处于初始状态时，所述滑块抵接于连接件的下表面。
10.通过采用上述技术方案，弹性复位件对挑针固定件施加作用力，使挑针固定件和挑针竖直向上复位，直至滑块抵接于连接件的下表面，在连接件的作用下，挑针固定件和挑针停止移动，保证了挑针的复位精度。
11.优选的，所述连接件包括连接板，所述连接板沿垂直于传送件周向的切线方向设置，所述导轨固设于连接板背向传送件的一端。
12.通过采用上述技术方案，进一步提升了挑针自动复位机构的结构紧凑性，减小了挑针自动复位机构的体积占比。
13.优选的，所述导轨上螺纹连接有用于限制挑针固定件向下移动的范围的限位螺栓。
14.通过采用上述技术方案，对挑针固定件向下移动的范围起到了限制作用，防止挑针固定件向下移动至与导轨脱离。
15.优选的，所述弹性复位件的两端分别固设于连接件靠近导轨的一端和挑针固定件靠近挑针的一端，所述弹性复位件的轴线与挑针固定板的侧面平行。
16.优选的，所述弹性复位件为拉伸弹簧或皮筋。
17.一种克隆挑取工作站，包括工作台，所述工作台上有呈闭环状设置的传送件和用于驱动传送件运动的动力件，所述克隆挑取工作站还包括若干挑针自动复位机构，若干所述挑针自动复位机构沿传送件周向间隔均布，所述连接件固设于传送件，所述挑针固定件底端固设有挑针，所述挑针竖向设置；所述工作台上沿其周向设置有若干套工作单元，所述工作单元包括沿传送件的运动轨迹方向依次间隔排布的挑取工位、接种工位和消毒灭菌工位，所述工作单元还包括用于提供驱动挑针竖直向下移动的动力源的挑针驱动机构；所述克隆挑取工作站还包括控制器，所述控制器用于控制动力件和挑针驱动机构动作。
18.通过采用上述技术方案，将带有待挑取菌落的培养皿放入于挑取工位，将微孔板放入于控制工位，控制器控制动力件动作，使传送件转动，传送件带动挑针自动复位机构及挑针转动，每转动一个挑针自动复位机构间距，挑针自动复位机构转动至消毒灭菌工位完成挑针消毒灭菌工作，同时，每转动一个挑针自动复位机构间距，控制器控制传送件停顿，并同时控制挑针驱动机构驱动挑针固定件带动挑针竖直向下移动实现菌落的挑取或接种，挑取或接种完成后，挑针驱动机构不再对挑针固定件施力，挑针固定件以及挑针在弹性复位件的作用下竖直向上复位至初始位置，克隆挑取工作站设备继续进行上述操作直至所有菌落都被接种到微孔板中，克隆挑取工作站工作的过程中，不同的挑针同时与工作单元中的挑取工位、接种工和消毒灭菌工位相对应；这种采用环形传送件配合多套工作单元的方法，可扩展性更强，在保证挑针成功完成挑取、接种、消毒的条件下，将传送件的转速提升至最大值，增加工作单元的套数以及挑针的数量，挑取效率便随之增加，突破了克隆挑取工作
站在菌落的挑取效率上的限制，极大的提升了菌落的挑取效率，另外，挑针自动复位机构的结构简单、紧凑、体积占比较小，便于实现对于设备整体体积的控制。
19.优选的，所述传送件呈长圆型，所述传送件包括直线部和位于直线部两端的弧形部，若干套所述工作单元位于传送件直线部的两侧。
20.通过采用上述技术方案，便于对工作单元进行排布，结构紧凑。
21.优选的，所述消毒灭菌工位包括固设于工作台的消毒灭菌台，所述消毒灭菌台上沿传送件的运动轨迹方向依次固设有毛刷组件、高压喷头和热风枪。
22.通过采用上述技术方案，挑针进入消毒灭菌台后，当挑针处于停顿状态时，挑针的位置与毛刷组件的位置相对应，毛刷组件将挑针上大块的残留物刷掉，挑针继续移动，高压喷头通过喷洒酒精对挑针进行消毒，热风枪通过吹出热风将挑针吹干。
23.优选的，所述毛刷组件包括竖向设置的刷头和用于驱动刷头转动的驱动件，所述刷头的轴线方向与挑针的轴线方向平行。
24.通过采用上述技术方案，使刷头转动时，刷头上的不同位置与挑针接触，对挑针的清理更为彻底，同时，延长了刷头的使用时间，减少了刷头的清洗及更换次数。
25.优选的，同一套所述工作单元中的挑针驱动机构设置为两组，两组所述挑针驱动机构分别与挑取工位和接种工位相对应，所述挑针驱动机构为竖向设置的电缸。
26.通过采用上述技术方案，为了取得最佳的实验效果，实验人员需要仅针对菌落表面实施挑取作业，但是由于每次所做的培养皿里培养基厚度不同，导致菌落表面距离挑针的高度是变化的，通过电缸驱动挑针，实现对挑针每次挑取行程的动态调整。
27.优选的，所述挑取工位包括第一x轴线性模组、第一y轴线性模组和固设于第一y轴线性模组的输出端的培养皿承托板，所述第一x轴线性模组沿垂直于传送件周向的切线方向安装于工作台上，所述第一y轴线性模组固设于第一x轴线性模组的输出端且沿垂直于第一x轴线性模组的方向布置，所述控制器还用于控制第一x轴线性模组和第一y轴线性模组动作。
28.通过采用上述技术方案，将培养皿放置于培养皿承托板，通过第一x轴线性模组和第一y轴线性模组的配合实现对培养皿位置的调整，控制培养皿移动至工作位置。
29.优选的，所述接种工位包括第二x轴线性模组、第二y轴线性模组和固设于第二y轴线性模组的输出端的微孔板承托板，所述第二x轴线性模组沿垂直于传送件周向的切线方向安装于工作台上，所述第二y轴线性模组固设于第二x轴线性模组的输出端且沿垂直于第二x轴线性模组的方向布置；所述控制器还用于控制第二x轴线性模组、第二y轴线性模组动作。
30.通过采用上述技术方案，将微孔板放置于微孔板承托板，通过第二x轴线性模组和第二y轴线性模组的配合实现对微孔板位置的调整，控制微孔板移动至工作位置。
31.优选的，所述传送件包括同步带或链条。
32.一种克隆挑取工作站的克隆挑取方法，包括以下步骤：控制动力件带动传送件转动，挑针自动复位机构随传送件转动，传送件每转动一个挑针自动复位机构间距，控制传送件停顿，同时控制挑针驱动机构对挑针固定件施力，使挑针固定件带动挑针竖直向下移动，实现菌落的挑取或接种，菌落的挑取或接种完成后，控制挑针驱动机构撤去对挑针固定件的施力，挑针固定件在弹性复位件的作用下带动挑针竖
直向上复位至初始位置；传送件每转动一个挑针自动复位机构间距，挑针自动复位机构转动至消毒灭菌工位完成挑针消毒灭菌工作；重复上述步骤直至所有菌落都被接种到微孔板中。
附图说明
33.图1是本技术的整体结构示意图。
34.图2是图1中a部分的局部放大示意图。
35.图3是本技术中显示挑针自动复位机构的局部结构示意图。
36.图4是本技术中隐藏挑针固定板、拉伸弹簧和连接螺栓以显示滑块结构的局部结构示意图。
37.图5是本技术中显示第一x轴线性模组的局部结构示意图。
38.图6是本技术中显示消毒灭菌工位的局部结构示意图。
39.附图标记说明：1、工作台；11、限位环；2、传送件；21、动力件；3、挑针自动复位机构；31、连接件；311、连接板；312、延伸板；313、限位板；32、拉伸弹簧；321、连接螺栓；33、导轨；331、限位螺栓；34、滑块；35、挑针固定板；36、三角型支撑板；4、挑取工位；41、第一x轴线性模组；411、固定架体；412、丝杠；413、滑移块；414、滑轨；415、支承架；42、第一y轴线性模组；5、接种工位；51、第二x轴线性模组；52、第二y轴线性模组；6、消毒灭菌工位；61、消毒灭菌台；611、立板；612、容纳槽；62、毛刷组件；621、刷头；622、驱动电机；63、高压喷头；64、热风枪；7、培养皿；8、微孔板；9、u型架；91、挑针驱动机构；92、相机；10、挑针。
具体实施方式
40.以下结合附图1-6对本技术作进一步详细说明。
41.本技术实施例公开一种克隆挑取工作站，参照图1，包括控制器、放置于水平工作平面的工作台1、呈长圆型闭环状设置于工作台1的传送件2、用于驱动传送件2运动的动力件21、沿传送件2的周向间隔均布于传送件2的若干组挑针自动复位机构3和若干套沿传送件2的周向固设于工作台1的工作单元，工作单元包括挑取工位4、接种工位5和消毒灭菌工位6，挑取工位4、接种工位5和消毒灭菌工位6沿传送件2的运动轨迹方向依次间隔排布。任意挑针自动复位机构3上均设置有用于挑取和接种目标菌落的挑针10，挑针10竖直设置。
42.传送件2包括两直线部，若干套工作单元位于传送件2两直线部的外侧。本实施例中，挑针自动复位机构3设置为100组，在两直线部的外侧各设置有两组工作单元。
43.传送件2包括同步带，动力件21包括沿同步带的运动轨迹方向间隔设置于工作台1的四个同步带轮和用于驱动同步带轮转动的电机。
44.在其他实施例中，传送件2包括链条，则动力件21包括沿链条的运动轨迹方向间隔设置于工作台1的四个链轮和用于驱动链轮转动的电机。可知，传送件2和动力件21还可以为其他用于实现沿传送件2的周向运动的机构。
45.结合图1至图3，工作台1上于同步带外侧固定连接有限位环11，限位环11沿同步带的运动轨迹方向设置，且限位环11与同步带间隔设置。
46.挑针自动复位机构3包括用于与同步带固定的连接件31、固设于连接件31且竖直
设置的导轨33、滑动配合于导轨33且用于固定挑针10的挑针固定件和用于使挑针10复位的弹性复位件。
47.连接件31包括连接板311，连接板311与传送件2周向的切线方向垂直。连接板311靠近同步带的一端竖直向上延伸有延伸板312，延伸板312通过螺栓固定连接于同步带外侧。连接板311的下表面与限位环11相对应的位置通过螺栓固定有限位板313，限位板313设置为开口向下的u型板，限位板313开口端相对的两侧壁分别与限位环11的两侧壁接触，限位板313与限位环11竖向相对的两侧壁之间设置有多个滚珠，滚珠于附图中未示出。限位板313和限位环11的配合限制了挑针自动复位机构3的运动轨迹，而延伸板312与同步带固定连接，进而对同步带的运动轨迹进行限制，使同步带保持沿长圆型轨迹转动的状态。
48.结合图3和图4，导轨33固定于连接板311背向延伸板312的一端的下表面，挑针固定件位于导轨33外侧。挑针固定件包括滑动配合于导轨33的滑块34和通过螺栓压紧固定于滑块34远离导轨33的一侧的挑针固定板35，挑针10通过螺栓压紧固定于挑针固定板35底端。滑块34位于连接板311下方，挑针10完全复位时，滑块34的顶端端面与连接板311的下表面抵接，限制滑块34继续向上移动。导轨33设置有滑块34的一侧底端固定有限位螺栓331，限位螺栓331用于限制滑块34向下移动的范围，进而对挑针10向下移动的范围进行限制。挑针固定板35位于连接板311外侧，挑针固定板35宽度方向的两侧壁与连接板311宽度方向的两侧壁平齐。为提升导轨33与连接板311之间的连接强度，导轨33与连接板311之间固定连接有三角型支撑板36，三角型支撑板36上开设有用于减小其自身重量的通槽。
49.工作单元还包括用于驱动挑针10竖直向下移动的挑针驱动机构91，挑针驱动机构91与控制器电性连接。挑针固定板35上设置有用于挑针驱动机构91抵接施力的受力部，受力部为挑针固定板35的顶端端面。
50.本实施例中，弹性复位件为倾斜设置的拉伸弹簧32，其他实施例中，弹性复位件还可以设置为皮筋等其他弹性件。拉伸弹簧32位于连接板311和挑针固定板35的一侧，且拉伸弹簧32的轴向与挑针固定板35的侧壁平行，拉伸弹簧32的两端分别与挑针固定板35底端和连接板311靠近挑针固定板35的一端连接。拉伸弹簧32设置为带钩弹簧，挑针固定板35和连接板311的侧壁上分别固定连接有连接螺栓321，拉伸弹簧32的两端分别连接于两个连接螺栓321上，且拉伸弹簧32始终处于拉伸状态。
51.挑针固定板35在挑针驱动机构91的作用下带动挑针10竖直向下移动，实现挑针10对目标菌落的挑取或接种，对目标菌落挑取或接种完成后，提挑针驱动机构91撤去对挑针固定板35的作用力，挑针固定板35在拉伸弹簧32的作用下带动挑针10竖直向上复位，至滑块34的顶端端面抵接于连接板311的下表面，实现挑针10的精准复位。
52.可知，挑针自动复位机构3还可用于其他自动复位部件或机构中，不仅限于克隆挑取工作站。
53.结合图1和图5，同步带直线部的两侧垂直于其长度方向为x轴方向，水平面内垂直于x轴方向为y轴方向。
54.结合图1和图5，挑取工位4用于驱动培养皿7水平移动。挑取工位4包括第一x轴线性模组41、第一y轴线性模组42和固设于第一y轴线性模组42的输出端的培养皿承托板，培养皿7固定于培养皿承托板的上表面。第一x轴线性模组41沿x轴方向安装于工作台1上，第一y轴线性模组42固设于第一x轴线性模组41的输出端且沿y轴方向布置。第一x轴线性模组
41用于驱动第一y轴线性模组42沿x轴方向移动，第一y轴线性模组42用于驱动培养皿承托板沿y轴方向移动，进而实现对培养皿7位置的调整，第一x轴线性模组41和第一y轴线性模组42均与控制器电性连接。
55.接种工位5用于驱动微孔板8水平移动。接种工位5包括第二x轴线性模组51、第二y轴线性模组52和固设于第二y轴线性模组52的输出端的微孔板承托板，微孔板8固定于微孔板承托板的上表面。第二x轴线性模组51沿x轴方向安装于工作台1，第二y轴线性模组52固设于第二x轴线性模组51的输出端且沿y轴方向布置。第二x轴线性模组51用于驱动第二y轴线性模组52沿x轴方向移动，第二y轴线性模组52用于驱动微孔板承托板沿y轴方向移动，进而实现对微孔板8位置的调整，第二x轴线性模组51和第二y轴线性模组52均与控制器电性连接。
56.需要强调的是，第一x轴线性模组41、第一y轴线性模组42、第二x轴线性模组51和第二y轴线性模组52的结构均相同，现以第一x轴线性模组41的结构为例进行说明。
57.第一x轴线性模组41包括沿x轴方向设置的固定架体411，固定架体411中转动连接有沿其长度方向设置的丝杠412，固定架体411上固定连接有用于驱动丝杠412转动的电机。丝杠412外侧套设有与其相配合的滑移块413，固定架体411中固定连接有用于限制滑移块413转动使滑移块413沿丝杠412的轴线方向移动的滑轨414。滑移块413上固定连接有支承架415，支承架415顶端位于固定架体411上方，支承架415顶端即为第一x轴线性模组41的输出端。
58.参照图1，工作单元还包括两个分别与挑取工位4和接种工位5相对应的u型架9。同一套工作单元中的挑针驱动机构91设置有两组，两组挑针驱动机构91分别固定于两个u型架9。挑针驱动机构91位于挑针10的正上方，挑针驱动机构91为竖向设置的电缸，电缸的杆部竖直向下运动与挑针固定板35的上表面抵接，驱动挑针固定板35以及挑针10竖直向下运动。
59.为了取得最佳的实验效果，实验人员需要仅针对菌落表面实施挑取作业，但是由于每次所做的培养皿7里培养基厚度不同，导致菌落表面距离挑针10的高度是变化的，通过电缸驱动挑针10，实现对挑针10每次挑取行程的动态调整。可知，在其他实施例中，挑针驱动机构91也可以设置为其他能满足行程动态调整的机构，如直线模组等。
60.与挑取工位4相对应的u型架9上还设置有相机92，相机92对培养皿7测距并拍照后将照片传至图像处理软件，带有菌落的图像经软件处理后提取出目标菌落的三维坐标信息，进而控制挑取工位4驱动培养皿7上的目标菌落移动至与挑针10相对应的工作位置。
61.结合图1和图6，消毒灭菌工位6包括固设于工作台1的消毒灭菌台61，消毒灭菌台61包括两个间隔设置的立板611，两个立板611均沿同步带的运动轨迹方向延伸，两个立板611相对的两侧壁之间留有距离，使两个立板611之间形成用于使挑针10通过的容纳槽612，容纳槽612的侧壁上固设有消毒灭菌装置。每转动一个挑针自动复位机构3间距，传送件2上的挑针自动复位机构3转动至消毒灭菌台61的容纳槽612中，通过消毒灭菌装置完成消毒灭菌工作。
62.消毒灭菌装置包括沿传送件2的运动轨迹依次设置于消毒灭菌台61的毛刷组件62、高压喷头63和热风枪64，两个立板611之间固定连接有平板，毛刷组件62、高压喷头63和热风枪64均设置于平板上，且高压喷头63和热风枪64均位于挑针10下方。毛刷组件62包括
固设于立板611侧壁的驱动电机622，驱动电机622竖向设置，驱动电机622的输出端同轴固设有刷头621，刷头621的刷毛竖直向上设置。另外，驱动电机622的输出轴的轴线方向与挑针10的轴线方向平行。
63.消毒灭菌装置中的刷头621在驱动件的作用下转动，挑针10进入消毒灭菌台61的容纳槽612中后，当挑针10处于停顿状态时，挑针10的位置与毛刷组件62的位置相对应，挑针10位于刷头621中，转动的刷头621将挑针10上大块的残留物刷掉，刷头621转动时，刷头621上的不同位置与挑针10接触，对挑针10的清理更为彻底，同时，延长了刷头621的使用时间，减少了刷头621的清洗及更换次数，挑针10继续移动，高压喷头63通过喷洒酒精对挑针10进行消毒，热风枪64通过吹出热风将挑针10吹干。
64.可知，消毒灭菌工位主要是为了对经过该工位的挑针10进行消毒灭菌，在其他实施例中，具体结构不仅限于毛刷组件、喷雾器、热风枪等具体工具的结合。
65.另外，需要强调的是，克隆挑取工作站工作的过程中，不同的挑针10同时与工作单元中的挑取工位4、接种工位5和消毒灭菌工位6相对应，在实际运用的过程中，可以采用克隆挑取工作站中的不同工位之间的距离等于挑针自动复位机构3间距的整数倍的方式实现。
66.本技术还公开了一种克隆挑取工作站的克隆挑取方法，包括以下步骤：将带有待挑取的菌落的培养皿7由人工或机器放入挑取工位4的培养皿承托板，将微孔板8由人工或机器放入于接种工位5的微孔板承托板；控制器控制接种工位5将微孔板8移动至待接种孔位与挑针10相对应的位置，此位置为微孔板8的工作位置，克隆挑取工作站工作的过程中，控制器控制接种工位5移动微孔板8将不同的待接种孔位移动至与挑针10相对应的工作位置；控制器控制挑取工位4将培养皿7移动至相机92正下方，相机92对培养皿7测距并拍照后将照片传至图像处理软件，带有菌落的图像经软件处理后提取出目标菌落的三维坐标信息，控制器控制挑取工位4将培养皿7移动至目标菌落与挑针10相对应的位置，此位置为培养皿7的工作位置，克隆挑取工作站工作的过程中，控制器控制挑取工位4移动培养皿7将不同的目标菌落位置移动至与挑针10相对应的工作位置；同时，控制器控制动力件21带动同步带转动，同步带带动挑针自动复位机构3转动，同步带每转动一个挑针自动复位机构3间距，挑针自动复位机构3转动至挑针驱动机构91正下方，控制器控制同步带停顿；挑取工位4、接种工位5分别将目标菌落和待接种的孔位移动至挑针10正下方，所有挑针驱动机构91向下运动并对挑针固定板35施力带动挑针10向下运动完成挑取或接种工作，挑取或接种工作完成后，控制器控制挑针驱动机构91撤去对挑针固定板35的作用力，挑针10在拉伸弹簧32的作用下竖直向上复位，至滑块34的顶端端面与连接板311的下表面抵接，实现挑针10的精准复位；同步带每转动一个挑针自动复位机构3间距，挑针自动复位机构3转动至消毒灭菌工位6，挑针10进入消毒灭菌台61的容纳槽612中后，当挑针10处于停顿状态时，挑针10的位置与毛刷组件62的位置相对应，挑针10位于刷头621中，转动的刷头621将挑针10上大块的残留物刷掉，刷头621转动时，刷头621上的不同位置与挑针10接触，对挑针10的清理更为彻底，挑针10继续移动，高压喷头63通过喷洒酒精对挑针10进行消毒，热风枪64通过吹出热风
将挑针10吹干；重复上述步骤直至所有菌落都被接种到微孔板8中。
67.以上均为本技术的较佳实施例，并非依此限制本技术的保护范围，故：凡依本技术的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本技术的保护范围之内。