阅读说明：本技术 干细胞冻存管开关盖机构及其工作方法 (Stem cell cryopreservation tube cover opening and closing mechanism and working method thereof ) 是由 刘沐芸 李树盛 杜祥熙 吕新志 于 2019-09-29 设计创作，主要内容包括：本发明涉及干细胞冻存管开关盖机构及其工作方法,该机构包括开关盖支架、冻存管移动组件以及冻存管开关盖组件,冻存管开关盖组件包括第一移动组件、旋动组件以及旋转头,旋转头与旋动组件连接,旋动组件与第一移动组件连接,冻存管移动组件以及第一移动组件分别连接于开关盖支架上,冻存管移动组件置于旋转头的下方；通过冻存管移动组件带动冻存管移动至指定位置,第一移动组件带动旋转组件以及旋转头移动至旋转头插设在冻存管的盖子内,旋转组件带动旋转头转动,以对冻存管的盖子进行开盖操作或关盖操作。本发明实现自动开关冻存管的盖子,效率高。(The invention relates to a stem cell cryopreservation tube opening and closing cover mechanism and a working method thereof, wherein the mechanism comprises an opening and closing cover bracket, a cryopreservation tube moving assembly and a cryopreservation tube opening and closing cover assembly, the cryopreservation tube opening and closing cover assembly comprises a first moving assembly, a rotating assembly and a rotating head, the rotating head is connected with the rotating assembly, the rotating assembly is connected with the first moving assembly, the cryopreservation tube moving assembly and the first moving assembly are respectively connected onto the opening and closing cover bracket, and the cryopreservation tube moving assembly is arranged below the rotating head; drive through freezing and deposit the pipe and freeze and deposit the pipe and remove to the assigned position, first removal subassembly drives rotating assembly and rotating head and removes to the rotating head and insert and establish in freezing the lid of depositing the pipe, and rotating assembly drives the rotating head and rotates to the lid of depositing the pipe to freezing is uncapped and is operated or is closed the lid operation. The automatic cover opening and closing device can automatically open and close the cover of the freezing storage tube, and is high in efficiency.)

干细胞冻存管开关盖机构及其工作方法

技术领域

本发明涉及冻存管开关盖机构，更具体地说是指干细胞冻存管开关盖机构及其工作方法。

背景技术

干细胞是一类具有自我复制能力的多潜能细胞，自2006年来，国家首次将干细胞研究技术作为重点技术领域写入国家重大科技战略发展计划，干细胞制备产业蓬勃发展，在细胞制备的过程中，一般采用冻存管存储干细胞，冻存管包括管体以及盖子，在使用冻存管存储干细胞时，需要打开盖子才能进行干细胞的存储，存储完毕后需要关闭盖子，目前现有的方式基本是以手工为主的开盖模式，这种方式存在以下问题：干细胞制备过程需要无菌环境，人工开/关盖容易污染冻存管；冻存管外形小，人工操作开关盖比较困难，效率低。

因此，有必要设计一种新的机构，实现自动开关冻存管的盖子，效率高。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供干细胞冻存管开关盖机构及其工作方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：干细胞冻存管开关盖机构，包括开关盖支架、冻存管移动组件以及冻存管开关盖组件，所述冻存管开关盖组件包括第一移动组件、旋转组件以及旋转头，所述旋转头与所述旋转组件连接，所述旋转组件与所述第一移动组件连接，所述冻存管移动组件以及所述第一移动组件分别连接于所述开关盖支架上，所述冻存管移动组件置于所述旋转头的下方；通过所述冻存管移动组件带动冻存管移动至指定位置，所述第一移动组件带动所述旋转组件以及旋转头移动至所述旋转头插设在冻存管的盖子内，所述旋转组件带动旋转头转动，以对所述冻存管的盖子进行开盖操作或关盖操作。

其进一步技术方案为：所述旋转头的侧端连接有第一传感器。

其进一步技术方案为：所述旋转组件包括R轴移动结构以及传动结构，所述R轴移动结构通过中接架连接于所述第一移动组件上，所述传动结构分别与所述R轴移动结构以及所述旋转头连接。

其进一步技术方案为：所述冻存管开关盖组件还包括X轴限位组件，所述X轴限位组件连接于所述支架上，且所述X轴限位组件置于所述冻存管移动组件上。

其进一步技术方案为：所述R轴移动结构包括R轴直线移动模组，所述R轴直线移动模组上连接有齿条安装板；所述传动结构包括齿条以及齿轮，所述齿条与所述齿轮啮合，所述齿条连接于所述齿条安装板靠近所述X轴限位组件的一侧面上，所述齿轮通过轴承连接有轴承限位板，所述轴承限位板连接于所述中接架上，所述齿轮与所述旋转头固定连接。

其进一步技术方案为：所述X轴限位组件包括X轴直线移动模组以及冻存管限位板；所述X轴直线移动模组上连接有X轴联结板，所述冻存管限位板连接于所述X轴联结板的下端面。

其进一步技术方案为：所述冻存管限位板上设有若干个供旋转头穿过的通孔。

其进一步技术方案为：所述冻存管移动组件包括Y轴直线移动模组，所述Y轴直线移动模组上连接有用于放置冻存管的托板，所述Y轴直线移动模组通过Y轴垫板连接在所述支架上。

其进一步技术方案为：所述旋转头的上端设有用于与外部供气设备连接的接头。

本发明还提供了干细胞冻存管开关盖机构的工作方法，包括：

通过冻存管移动组件带动冻存管移动至指定位置，第一移动组件带动旋转组件以及旋转头移动至旋转头插设在冻存管的盖子内，旋转组件带动旋转头转动，以对冻存管的盖子进行开盖操作或关盖操作。

本发明与现有技术相比的有益效果是：本发明通过设置冻存管移动组件，将冻存管移动至旋转头的正下方，由第一移动组件带动旋转组件以及旋转头朝靠近冻存管的方向移动，以使得旋转头与冻存管的盖子配合，并由R轴直线移动模组移动，经过传动组件，带动旋转头转动，同时配合第一移动组件实现旋转头的上下移动，进而达到自动开关盖的目的，实现自动开关冻存管的盖子，效率高。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步描述。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述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。

图1为本发明具体实施例提供的干细胞冻存管开关盖机构的立体结构示意图(去除电气组件以及顶罩)；

图2为本发明具体实施例提供的干细胞冻存管开关盖机构的***结构示意图；

图3为图2A处的局部放大结构示意图；

图4为本发明具体实施例提供的旋转头的旋转与第一移动组件的上下移动的曲线关系图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不应理解为必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行结合和组合。

如图1～4所示的具体实施例，本实施例提供的干细胞冻存管开关盖机构，可以运用在对冻存管80进行自动开盖或关盖操作过程中，当然也可以使用在盖子与冻存管80盖子一致的物品进行自动开盖或关盖的操作过程中。主要应用于医院、实验室、细胞科研机构，用于将干细胞冻存管80上的胶帽即盖子取下来，干细胞装进冻存管80后，将胶帽重新拧紧，它是干细胞制备配套的一种自动化设备。

请参阅图1，上述的干细胞冻存管开关盖机构，包括开关盖支架、冻存管移动组件以及冻存管开关盖组件，冻存管开关盖组件包括第一移动组件、旋转组件以及旋转头90，旋转头90与旋转组件连接，旋转组件与第一移动组件连接，冻存管移动组件以及第一移动组件分别连接于开关盖支架上，冻存管移动组件置于旋转头90的下方；通过冻存管移动组件带动冻存管80移动至指定位置，第一移动组件带动旋转组件以及旋转头90移动至旋转头90插设在冻存管80的盖子内，旋转组件带动旋转头90转动，以对冻存管80的盖子进行开盖操作或关盖操作。

移动冻存管移动组件将冻存管80移动至旋转头90的正下方，由第一移动组件带动旋转组件以及旋转头90朝靠近冻存管80的方向移动，使得旋转头90可以插设在冻存管80的盖子内，冻存管80的盖子上端面朝下凹陷，形成一个盖子凹槽，旋转头90插设在该盖子凹槽内后，旋转头90的材质可以进行充气的橡胶材质，当然，于其他实施例，还可以在旋转头90的外周套有一圈橡胶圈，以进行充气后膨胀，涨紧整个盖子凹槽，以使得旋转头90与盖子过盈配合；当然，在本实施例中，由于旋转头90的材质是可以充气的橡胶材质做成的一个圆块，则可以直接对旋转头90进行充气操作，使其膨胀后涨紧整个盖子凹槽，以便于盖子与旋转头90紧密连接，再由旋转组件工作，带动旋转头90旋转，进而可以实现对冻存管80的开盖或关盖操作。用以取代现有的手工作业,提高工作效率、降低操作人员的劳动强度和避免操作人员的可能性感染，开盖速率为1～3秒/管，关盖速率为2～4秒/管；定位准确，能适用直径为12.5mm，高度为48mm的冻存管80；冻存管80盒133.7mmX133.7mm开关盖操作。

第一移动组件主要用于带动整个旋转组件以及旋转头90朝靠近冻存管80的方向移动或者朝远离冻存管80的方向移动，也就是带动旋转组件和旋转头90朝上或者朝下移动。

在一实施例中，上述的旋转头90的侧端连接有第一传感器。该第一传感器用于旋转头90是否已插设在冻存管80的盖子里面，以便于提高整个开盖或关盖的准确率。

在一实施例中，请参阅图1与图2，上述的旋转组件包括R轴移动结构以及传动结构，R轴移动结构通过中接架连接于第一移动组件上，传动结构分别与R轴移动结构以及旋转头90连接。R轴移动结构对旋转头90的旋转提供动力，将该动力借助传动结构转换为旋转头90的旋转，进而带动冻存管80的盖子的旋转。

在一实施例中，请参阅图1与图2，上述的R轴移动结构包括R轴直线移动模组30，R轴直线移动模组30上连接有齿条安装板32；传动结构包括齿条33以及齿轮36，齿条33与齿轮36啮合，齿条33连接于齿条安装板32靠近X轴限位组件的一侧面上，齿轮36通过轴承34连接有轴承限位板35，轴承限位板35连接于中接架上，齿轮36与旋转头90固定连接。

在本实施例中，上述的R轴直线模组上设有R轴滑块，该齿条安装板32连接在R轴滑块上，借助R轴滑块在R轴直线模组上滑动，齿条安装板32的移动带动齿条33的移动，齿条33与齿轮36啮合，便可将齿条33在R轴上的直线移动转换为齿轮36的转动，而齿轮36与旋转头90固定连接，便可带动旋转头90的转动。

在本实施例中，为了旋转头90的安装，在中接架上连接轴承限位板35，该轴承限位板35上设有若干个轴承安装孔，该齿轮36的上端朝上延伸有连接柱，该连接柱通过轴承34插设在轴承安装孔内，既可满足齿轮36转动，也可以满足旋转头90的安装，结构紧凑。

在一实施例中，请参阅图1，上述的冻存管开关盖组件还包括X轴限位组件，X轴限位组件连接于支架上，且X轴限位组件置于冻存管移动组件上。

X轴限位组件是为了固定冻存管80，以使得旋转组件带动旋转头90和冻存管80的盖子旋转时，冻存管80可以固定不动，以顺利完成开盖或关盖操作。

当然，于其他实施例中，上述的干细胞冻存管开关盖机构还包括冻存管放置架，该冻存管放置架内设有若干个冻存管放置孔，冻存管放置孔的直径略小于冻存管80的直径，以固定冻存管80。

在一实施例中，请参阅图2与图3，X轴限位组件包括X轴直线移动模组40以及冻存管限位板42；X轴直线移动模组40上连接有X轴联结板41，冻存管限位板42连接于X轴联结板41的下端面。利用冻存管限位板42固定冻存管80，以便于顺利进行冻存管80的开盖或关盖操作。

在一实施例中，请参阅图3，上述的冻存管限位板42上设有若干个供旋转头90穿过的通孔43。该通孔43的直径大于旋转头90未充气时的直径。

Z轴直线移动模组20的伺服马达，带动对应的Z轴直线移动模组20的丝杆，以使得旋转组件可以随着Z轴直线移动模组20的Z轴滑块上下移动；齿条33可以同时与十个齿轮36啮合，带动十个齿轮36转动，进而带动十个旋转头90转动，实现一次可开或关十个冻存管80的盖子。

具体地，开盖时候，旋转头90快速***冻存管80的盖子内壁，充气膨胀，齿轮36转动带动旋转头90转动，且Z轴直线移动模组20便带动旋转头90朝上移动，实现开盖，若是关盖，则旋转头90边旋转边朝下运动，以拧紧冻存管80的盖子。

在一实施例中，请参阅图1与图2，上述的冻存管移动组件包括Y轴直线移动模组60，Y轴直线移动模组60上连接有用于放置冻存管80的托板62，Y轴直线移动模组60通过Y轴垫板61连接在支架上。利用Y轴直线移动模组60带动冻存管80移动至旋转头90的正下方，以提高整个开盖或关盖的准确率。

托板62利用冻存管80盒作为冻存管80装载工具，冻存管80盒放在托盘上，Y轴直线移动模组60根据每排冻存管80的位置，精确定位，保证每排冻存管80移动到旋转头90下面。

冻存管80盒即装有若干冻存管80的盒子，该托板62的两侧有定位孔，可以卡在Y轴直线移动模组60上的Y轴滑块上，冻存管80盒后侧有把手，把手上有定位孔，预留为自动化机构或机器手取放托盘使用。

Y轴直线移动模组60的伺服马达通过Y轴直线移动模组60的连轴器连接Y轴直线移动模组60的丝杆，伺服马达的旋转运动转化成丝杆上的Y轴滑块直线运动，控制马达的旋转行程，可以使冻存管80盒精准移动到进出料预定位和各排冻存管80开关盖工作位(即旋转头90的正下方)。

在一实施例中，上述的旋转头90的上端设有用于与外部供气设备连接的接头，以便于外部供气设备对旋转头90进行供气和泄气操作。

在一实施例中，上述的第一移动结构包括Z轴直线移动模组20，该Z轴直线移动模组20上设有Z轴滑块，中接架连接在Z轴滑块上，以Z轴滑块在Z轴直线移动模组20上的移动，带动中接架移动，进而达到R轴直线移动模组30以及旋转的移动。

具体地，上述的中接架包括第一侧板50、第一水平板52以及第一前连接架51，上述的第一侧板50以及所述第一前连接架51平行布置于第一水平板52上，且上述的第一侧板50以及所述第一前连接架51之间设有一间隔，上述的R轴直线移动模组30连接在第一侧板50的内侧面上，上述的轴承限位板35连接在第一前连接架51上。

在一实施例中，请参阅图2，上述的开关盖支架包括底板15、内盖板18、依次连接的后立板11、左侧板12、前立板13以及右侧板14，底板15分别与后立板11、左侧板12、前立板13以及右侧板14的下端连接，上述的底板15、后立板11、左侧板12、前立板13以及右侧板14围合形成一空腔，上述内盖板18置于所述空腔内，且上述的第一移动组件连接在后立板11的内侧面上，X轴直线移动模组40连接在前立板13的内侧面上，上述的Y轴直线移动模组60连接在底板15上，且上述的R轴直线移动模组30置于上述内盖板18的上方，Y轴直线移动模组60置于内盖板18的下方，内盖板18可以起到对Y轴直线移动模组60起到封盖作用，上述的内盖板18上设有旋转头90通槽，供旋转头90穿过。

另外，前立板13的外侧面还连接有前壳体17，该前壳体17上连接有工业触碰屏171以及急停按钮172。为便于人员操作,本机用工业触碰屏171对机器进行控制调整，操作人员可按工业触碰屏171的屏幕提示操作，根据不同厂家冻存管80间距和高度不程序组控制机器的动作，多个程序组已预设在PLC内。

在一实施例中，请参阅图2，上述的空腔的上端封盖有上罩体16，该上罩体16上连接有电气组件70，该电气组件70分别与X轴直线移动模组40、Y轴直线移动模组60、Z轴直线移动模组20、R轴直线移动模组30、工业触碰屏171以及急停按钮172连接，电气组件70起到控制作用。

上述的上罩体16上封盖有顶罩19，该电气组件70置于顶罩19与上罩体16之间。

冻存管80盒以适当的速度精确定位，旋转头90的旋转和上下运动需要以螺旋式差补运动，盖子拧紧时，有扭力反馈，确保每次拧紧力度相同；旋转头90上设置有检测冻存管80盖的第一传感器，确保每次开盖和关盖有反馈，各个直线移动模组的周边有光栅，确保工作时候没有异物在机构工作范围内；为了方便工人操作PLC，通过信号数据线连接工控触摸屏，可修改运行参数，根据不同厂家专用冻存管80选择不同的程序组运行，显示本机运行状态。

冻存管80在关盖时，随着拧紧程度增加，R轴直线移动模组30的伺服马达的输出扭矩也增大，这时R轴直线移动模组30的伺服马达的输出电流也相应增加，也就可以通过检测R轴直线移动模组30的伺服马达的电流输出，保证每次关盖拧紧程度相同。

冻存管80的盖子有外螺纹，冻存管80有内螺纹，相互配合可以拧紧在一起。开盖或或关盖的过程中，上下运行的间距要与旋转角度行程以一定的比例运行以旋转头90的旋转轴作为基准轴输出，上下运行轴(也就是第一移动组件)为辅助输出轴配合半累加插补算法。起始点为当前位置，终点可按直角坐标的X、Y值，以脉冲为单位选定。同时，还要选定所在象限。用选定象限确定脉冲输出的方向。如第一象限，则X为正向，Y也为正向。如二象限，则X为反向，Y为正向。其它象限类推。在执行程序时按步计算，按步输出脉冲，而方向用方向信号控制。如图4所示。

旋转轴作为基准轴，旋转轴的终点坐标值较大的轴，在每步旋转轴都输出脉冲，只是上下移动轴有脉冲输出时，旋转轴让上下移动轴先输出。而上下运行轴则用累加的方法，确定是否输出。累加的过程是用自身的终点坐标累加，当大于基准轴的终点坐标时，输出一个脉冲，并把累加值减基准轴的终点值，并将该差值又作为在累加值。具体地，辅助轴重点左边值累加，以得到累加值，判断累加值是否小于基准轴终点值，若是，将辅助轴终点的左边值累加，辅助轴累加，并判断总步数是否完成，若完成，则退出，若不完成则间隔一定的脉冲时间间隔后，返回至辅助轴重点左边值累加的步骤；若累加值不小于基准轴终点值，则由辅助轴输出脉冲，累加值减基准轴终点值，并保留该差值，间隔一定脉冲时间间隔后，返回所述将辅助轴终点的左边值累加步骤。

上述的干细胞冻存管开关盖机构，通过设置冻存管移动组件，将冻存管80移动至旋转头90的正下方，由第一移动组件带动旋转组件以及旋转头90朝靠近冻存管80的方向移动，以使得旋转头90与冻存管80的盖子配合，并由R轴直线移动模组30移动，经过传动组件，带动旋转头90转动，同时配合第一移动组件实现旋转头90的上下移动，进而达到自动开关盖的目的，实现自动开关冻存管80的盖子，效率高。

在一实施例中，还提供了干细胞冻存管开关盖机构的工作方法，包括：

通过冻存管移动组件带动冻存管80移动至指定位置，第一移动组件带动旋转组件以及旋转头90移动至旋转头90插设在冻存管80的盖子内，旋转组件带动旋转头90转动，以对冻存管80的盖子进行开盖操作或关盖操作。

需要说明的是，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，上述干细胞冻存管开关盖机构的工作方法的具体实现过程，可以参考前述的干细胞冻存管开关盖机构实施例中的相应描述，为了描述的方便和简洁，在此不再赘述。

上述仅以实施例来进一步说明本发明的技术内容，以便于读者更容易理解，但不代表本发明的实施方式仅限于此，任何依本发明所做的技术延伸或再创造，均受本发明的保护。本发明的保护范围以权利要求书为准。