一种用于核酸采样机器人系统的多功能拧开盖机械手装置

1.本发明涉及一种用于核酸采样机器人系统的多功能拧开盖机械手装置，其主要功能是在全自动核酸采样机器人系统中完成试管的扫码、开盖和拧盖等功能。用于医疗领域中自动核酸采样机器人。


背景技术：

2.目前的核酸检测基本都是由医护人员人工采集，在每天高强度的工作下，还要身穿密不透风的防护服，很容易会对医护人员的身体造成损害。对此，自动核酸采样机器人的出现，能有效地解决这一问题。目前，市面上的核酸采样机器人大多处于研制阶段，大多数系统仅对采样机械臂进行了设计，试管数量较少，各个动作也都由机械臂完成，这样不仅采样效率低，而且无法真正投入日常使用。如果要满足日常使用要求，则必须对大量试管进行操作，那么这些试管如何在机器人采样系统中流转，并且如何实现试管的开盖和拧盖，是全自动核酸采样机器人系统中关键的部分。要完成一次自动采样，试管物流需要有这样一些过程：试管上料、试管扫码、试管开盖、机器人放入已采样拭子、试管拧盖、试管下料。对于这些动作流程，现有很多研制的采样机器人，都是在一个工位上完成，这样是一种串行工作方式，导致整个采样节拍加长，采样效率低下；也有的机器人系统采用的是拧开盖机械手布置在一个工位，而试管放置在一个滑台上，滑台在开拧盖和放拭子两个工位间来回切换，这种方法，仍然占据了较多的时间，工作效率并未得到提升，同时开盖、拧盖在一个工位，也不利于将洁净区和污染区分开，会造成试管污染的问题，因此必须要对拧盖机械手进行消毒；同时还需考虑到试管的扫码问题等，因此，本发明提出了一种用于核酸采样机器人系统的多功能拧开盖机械手装置，其通过多工位转盘的试管物流，拧开盖机械手具有扫码、开盖和拧盖的多功能结构，并且可至消毒区域进行消毒。
3.另外，对于开盖、拧盖动作，虽然都是对盖子的转动，但是它们在转动的同时机械手需要上下运动，如果由机器手的升降滑台去实现的话，那么对于控制系统要求非常高。本发明在拧开盖装置与升降滑台之间的连接处，上下增加了两套弹簧，使未有拧开盖动作时，机械手处于平衡状态，而有开盖或拧盖动作时，可以带动机器手跟随旋松或者旋紧时的上下作用力而上下运动，减小了控制系统的控制难度。
4.本装置不仅实现了多功能，且结构灵巧、紧凑，使机器人采样效率有所提高，能满足大批量的采样工作要求；同时降低了开盖和拧盖动作的控制难度。


技术实现要素：

5.针对已有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种用于核酸采样机器人系统的多功能拧开盖机械手装置，其通过多工位试管物流，拧开盖机械手可实现试管扫码、开盖和拧盖等多功能，且结构灵巧、紧凑，使机器人采样效率有所提高等优点，并有消毒区域对机械手进行消毒，有效地防止试管的污染问题。另外，采用在拧开盖装置与升降滑台之间的连接，上下增加了两套弹簧，使未有拧开盖动作时，机械手处于平衡状态，而有开盖或拧盖
动作时，可以带动机器手跟随旋松或者旋紧时的上下作用力而上下运动，减小了控制系统的控制难度。
6.为了实现上述目的，采用下述技术方案：
7.一种用于核酸采样机器人系统的多功能拧开盖机械手装置，包括一个扫码器、一个工作台和一个消毒箱，在所述工作台上安装一个旋转工作台，所述旋转工作台上有一个转盘，在所述转盘上五等分固定安装5个试管座，所述试管座中放入所述试管；所述5个试管座对应五个工位，分别是试管上料位、试管扫码和开盖位、拭子剪切位、试管拧盖位和试管下料位，所述扫码器在试管扫码和开盖位和拭子剪切位中间；在所述转盘对应的所述试管扫码和开盖位和所述试管拧盖位处分别固定安装一套夹紧组件，安装方向由所述转盘圆心向对应工位径向射线方向；在所述工作台上固定安装一套拧开盖机械手，所述拧开盖机械手中机架的横梁在所述工作台上方，所述拧开盖机械手上的拧开盖装置分别具有开盖工位、拧盖工位和消毒工位，所述开盖工位和所述拧盖工位与所述转盘上的所述试管扫码和开盖位和所述试管拧盖位位置对应，所述开盖工位和所述拧盖工位的中心与所述试管扫码和开盖位和所述试管拧盖位的中心重合；所述横梁上固定安装了一个直线模组，在所述直线模组的一端安装驱动电机，在所述直线模组的滑块上固定连接一个移动板，在所述驱动电机驱动下，所述滑块沿y轴方向运动，带动所述拧开盖机械手在所述开盖工位、所述拧盖工位和所述消毒工位之间往复移动；在所述移动板下端固定安装一个电动直线推杆，所述电动直线推杆的升降滑台上浮动连接一套所述拧开盖装置，在所述电动直线推杆的驱动下，带动所述拧开盖装置实现升降运动。
8.在所述升降滑台下端固定安装一个挡块，所述挡块上左右分别固定一个导柱，在所述两个导柱中分别套入一个压簧，在所述两个压簧上方，一个浮动块滑套放入所两个导柱内，所述浮动块上方，再分别套入一个压簧于所述两个导柱中，所述两个导柱顶端分别固定安装一个限位垫圈；在所述浮动块左侧固定连接一个旋盖电机，在所述旋盖电机下端连接一个电动夹爪，在所述电动夹爪下方安装一对抓盖夹爪，在所述旋盖电机和所述电动夹爪的驱动下，可以完成旋转、夹紧与松开所述试管帽动作；所述4个弹簧可为连接块提供开盖或拧盖时需要的上下移动的浮动量。
9.在所述工作台的台面上固定安装一个五等分度的凸轮分割器，台面下面固定安装一个驱动电机，所述凸轮分割器输入轴端和所述驱动电机轴端分别安装一个同步带轮，一条同步带旋装在两个所述同步带轮上，在所述凸轮分割器上方出轴上固定安装一个转盘，在所述驱动电机驱动下，通过所述同步带轮和所述同步带的传递，使所述转盘五等分间隙旋转。
10.所述夹紧组件的基座固定安装在所述工作台台面上，所述基座上固定安装一个电动滑台，所述电动滑台上固定安装一个电动夹紧器，所述电动夹紧器前端对称安装两个夹紧块；所述电动滑台可驱动所述电动夹紧器伸出与缩回，所述电动夹紧器驱动夹紧块夹紧与松开所述试管。
11.本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出特点和显著优势：
12.1.本发明通过多工位试管物流，拧开盖机械手可实现试管扫码、开盖和拧盖等多功能，且开盖和合盖不在同一个位置进行，既可以提高效率，又可以将未使用区和已采样区分开，再加上消毒区域对机械手的消毒，可有效地防止试管的污染问题；另外，在拧开盖装
置与升降滑台之间的连接，采用上下两套弹簧浮动连接的方式，使未有拧开盖动作时，机械手处于平衡状态，而有开盖或拧盖动作时，可以带动机械手跟随旋松或者旋紧时的上下作用力而上下运动，减小了控制系统的控制难度。
13.2.本装置不仅实现了多功能，且结构灵巧、紧凑，在全自动采样机器人系统中应用，可较大地提高采样效率，能满足大批量的采样工作要求；同时降低了开盖和拧盖动作的控制难度。
附图说明
14.图1是本发明的整体轴测图。
15.图2是本发明的拧开盖机械手的轴测图。
16.图3是本发明的拧开盖装置的结构图。
17.图4是本发明的旋转工作台的局部正视图。
18.图5是本发明的夹紧组件的轴测图。
具体实施方式
19.本发明的优选实施例结合附图详述如下：
20.如图1、2、3所示，一种用于核酸采样机器人系统的多功能拧开盖机械手装置，包括一个扫码器1、一个工作台a和一个消毒箱e，在所述工作台a上安装一个旋转工作台b，所述旋转工作台b上有一个转盘b2，在所述转盘b2上五等分固定安装5个试管座b4，所述试管座b4中放入所述试管2；所述5个试管座b4对应五个工位，分别是试管上料位b4-2、试管扫码和开盖位b4-1、拭子剪切位b4-5、试管拧盖位b4-4和试管下料位b4-3，所述扫码器1在试管扫码和开盖位b4-1和拭子剪切位b4-5中间；在所述转盘b2对应的所述试管扫码和开盖位b4-1和所述试管拧盖位b4-4处分别固定安装一套夹紧组件d，安装方向由所述转盘b2圆心向对应工位径向射线方向；在所述工作台a上固定安装一套拧开盖机械手c，所述拧开盖机械手c中机架c9的横梁c8在所述工作台a上方，所述拧开盖机械手c上的拧开盖装置c6分别具有开盖工位c12、拧盖工位c11和消毒工位c10，所述开盖工位c12 和所述拧盖工位c11与所述转盘b2上的所述试管扫码和开盖位b4-1和所述试管拧盖位b4-4 位置对应，所述开盖工位c12和所述拧盖工位c11的中心与所述试管扫码和开盖位b4-1和所述试管拧盖位b4-4的中心重合；所述横梁c8上固定安装了一个直线模组c7，在所述直线模组c7的一端安装驱动电机c3，在所述直线模组c7的滑块c4上固定连接一个移动板c5，在所述驱动电机c3驱动下，所述滑块c4沿y轴方向运动，带动所述拧开盖机械手c在所述开盖工位c12、所述拧盖工位c11和所述消毒工位c10之间往复移动；在所述移动板c5 下端固定安装一个电动直线推杆c2，所述电动直线推杆c2的升降滑台c1上浮动连接一套所述拧开盖装置c6，在所述电动直线推杆c2的驱动下，带动所述拧开盖装置c6实现升降运动。
21.在所述升降滑台c1下端固定安装一个挡块c6-8，所述挡块c6-8上左右分别固定一个导柱c6-7，在所述两个导柱c6-7中分别套入一个压簧c6-6，在所述两个压簧c6-6上方，一个浮动块c6-4滑套放入所两个导柱c6-7内，所述浮动块c6-4上方，再分别套入一个压簧c6-6 于所述两个导柱c6-6中，所述两个导柱c6-7顶端分别固定安装一个限位垫圈c6-5；在所述浮动块c6-4左侧固定连接一个旋盖电机c6-3，在所述旋盖电机c6-3下端连接一个电动夹
爪 c6-2，在所述电动夹爪c6-2下方安装一对抓盖夹爪c6-1，在所述旋盖电机c6-3和所述电动夹爪c6-2的驱动下，可以完成旋转、夹紧与松开所述试管帽3动作；所述4个弹簧c6-6可为连接块提供开盖或拧盖时需要的上下移动的浮动量。
22.如图4、5所示，在所述工作台a的台面上固定安装一个五等分度的凸轮分割器b3，台面下面固定安装一个驱动电机b1，所述凸轮分割器b3输入轴端和所述驱动电机b1轴端分别安装一个同步带轮b5，一条同步带b6旋装在两个所述同步带轮b5上，在所述凸轮分割器b3上方出轴上固定安装一个转盘b2，在所述驱动电机b1驱动下，通过所述同步带轮b5 和所述同步带b6的传递，使所述转盘b2五等分间隙旋转。
23.所述夹紧组件d的基座d1固定安装在所述工作台a台面上，所述基座d1上固定安装一个电动滑台d4，所述电动滑台d4上固定安装一个电动夹紧器d3，所述电动夹紧器d3前端对称安装两个夹紧块d2；所述电动滑台d4可驱动所述电动夹紧器d3伸出与缩回，所述电动夹紧器d3驱动夹紧块夹紧与松开所述试管2。
24.本实施例的工作原理如下：
25.系统在等待状态时，所述试管2位于所述试管上料位b4-2，所述拧盖机械手c在所述试管扫码和开盖位b4-1上方等待，所述旋转工作台b周边的所述两套夹紧组件d处于退回状态，夹爪打开，工作时，所述旋转工作台b第一次旋转一个分度角度，所述拧开盖机械手c 下降，将所述扫码和开盖位b4-1处的所述试管2抓取后上升，将所述试管2旋转，所述扫码器1读取所述试管2上的二维码数据，发送至控制系统，所述拧开盖机械手c下降，将所述试管2放回试管扫码和开盖位b4-1的试管座中，这时，试管扫码和开盖位b4-1的所述夹紧组件d前移并将试管夹紧，所述拧开盖机械手c逆时针旋转，将所述试管2的试管帽3拧松后上升，试管帽3握在所述拧开盖机械手c中，所述拧开盖机械手c平移到所述试管拧盖位 b4-4等待，所述旋转工作台b第二次旋转一个分度角度，已经开盖的所述试管2位于所述拭子剪切位b4-5，完成拭子剪切工作后，所述旋转工作台b第三次旋转一个分度，将所述试管 2输送至所述试管拧盖位b4-4，所述试管拧盖位b4-4上所述夹紧组件d伸出并将所述试管2 夹紧，所述拧开盖机械手c下降，并顺时针旋转，将所述试管帽3拧紧在所述试管2上，拧紧后所述拧盖机械手c夹爪打开，上升，所述旋转工作台b第四次旋转一个分度，完成采样的所述试管2输送至所述试管下料位b4-3，等待所述试管2下料，完成下料后，所述旋转工作台b第五次旋转一个分度，重新回到试管上料位b4-2；同时所述拧开盖机械手c移动到所述消毒箱e上方，下降，将所述抓盖夹爪c6-1伸入消毒箱e中，完成消毒后，上升并回到初始位置，完成一次循环，等待下一次操作。
26.本发明上述实施例多功能拧开盖机械手装置，其主要功能是完成采样试管的开盖和合盖。本发明上述实施例通过多工位试管物流与拧盖机械手配合，可实现试管扫码、开盖和拧盖等多功能，消毒区域对机械手的消毒，可有效地防止试管的污染问题；另外，采用在拧盖机械手旋转和夹紧部分的浮动结构，可以带动机械手跟随旋松或者旋紧时的上下作用力而上下运动，减小了控制系统的控制难度。
27.上面对本发明实施例结合附图进行了说明，但本发明不限于上述实施例，还可以根据本发明的发明创造的目的做出多种变化，凡依据本发明技术方案的精神实质和原理下做的改变、修饰、替代、组合或简化，均应为等效的置换方式，只要符合本发明的发明目的，只要不背离本发明的技术原理和发明构思，都属于本发明的保护范围。