阅读说明：本技术 细胞工厂限位装置 (Cell factory stop device ) 是由 高军 朱文韬 李健 李旭 马湛 于 2019-08-20 设计创作，主要内容包括：细胞工厂限位装置属于生物制品制备技术领域,尤其涉及一种细胞工厂限位装置。本发明提供一种细胞工厂限位装置。本发明包括细胞工厂框架、可承载细胞工厂框架的地面货架和可承载细胞工厂框架的操作台面,其结构要点所述细胞工厂框架后端设置有与多轴机器人上的抓手匹配的定位抓取盘；所述地面货架上和操作台面上设置有细胞工厂框架的限位装置。(Cell factory stop device belongs to biological product preparation technical field, especially relates to a cell factory stop device. The invention provides a cell factory limiting device. The cell factory frame comprises a cell factory frame, a ground shelf capable of bearing the cell factory frame and an operation table top capable of bearing the cell factory frame, and is structurally characterized in that a positioning grabbing disc matched with a grabbing hand on a multi-axis robot is arranged at the rear end of the cell factory frame; and the ground shelf and the operation table top are provided with limiting devices of the cell factory frame.)

细胞工厂限位装置

技术领域

本发明属于生物制品制备技术领域，尤其涉及一种细胞工厂限位装置。

背景技术

细胞工厂是一种细胞培养装置，在有限的空间内利用了最大限度的培养表面，从而节省了空间；其可用于如疫苗、单克隆抗体或生物制药等工业规模生产。

目前，使用细胞工厂进行生物制品的制备，普遍采用固定式设备，即：将细胞工厂推到翻转器上进行换液、晃动和旋转等操作，以完成培养的各种步骤。使用多轴机器人对细胞工厂进行操作可以避免培养温度变化等问题，并能减少工作强度和成本。本发明是针对使用多轴机器人对细胞工厂进行操作设计的一套辅助设施，来配合多轴机器人对细胞工厂进行操作。

发明内容

本发明就是针对上述问题，提供一种细胞工厂限位装置。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案，本发明包括细胞工厂框架、可承载细胞工厂框架的地面货架和可承载细胞工厂框架的操作台面，其结构要点所述细胞工厂框架后端设置有与多轴机器人上的抓手匹配的定位抓取盘；所述地面货架上和操作台面上设置有细胞工厂框架的限位装置。

作为一种优选方案，本发明还包括细胞工厂框架传递车和传递车地面限位装置。

作为另一种优选方案，本发明所述细胞工厂框架前端设置有可拆卸的软管收纳盒。

作为另一种优选方案，本发明所述软管收纳盒后上端设置有横向连接板，连接板上设置有连接孔。

作为一种优选方案，本发明所述软管收纳盒的上端设置有夹管板。

作为另一种优选方案，本发明所述连接孔包括下端圆孔及圆孔上端向一侧弯折的L形孔，L形孔的宽度小于圆孔的直径。

作为另一种优选方案，本发明所述细胞工厂框架上端设置有向下压紧、固各细胞工厂的夹紧装置。

作为另一种优选方案，本发明所述夹紧装置包括横向压板，压板两端具有向下延伸的用于与细胞工厂框架连接的锁紧部件。

作为另一种优选方案，本发明所述压板下端面设置有尼龙块。

作为另一种优选方案，本发明所述尼龙块与压板下端面之间设置有硅胶层板。

作为另一种优选方案，本发明所述锁紧部件采用弹簧挂钩，细胞工厂框架上端两侧相应于弹簧挂钩设置有锁紧孔。

作为另一种优选方案，本发明所述抓手包括抓手主体，抓手主体的一端设置有多轴机器人连接部，抓手主体另一端的中部设置有柱状的插接凸块，柱状的插接凸块的侧壁上分别设置有若干个沿圆周方向、等间距布置的伸缩卡珠；抓手主体布置有插接凸块的一端设置有定位销；

定位抓取盘包括抓取盘主体，抓取盘主体的中部相应于插接凸块设置有抓取插接孔，抓取插接孔的内侧壁上与框架抓手插接凸块上的伸缩卡珠相对应的位置设置有环形卡接凹槽，抓取盘主体上设置有用于与定位销配合插接的定位孔。

作为另一种优选方案，本发明所述细胞工厂框架上设置有若干组并排布置、用于放置细胞工厂的竖直腔，竖直腔的上端设置有放置开口；所述夹紧装置设置在各竖直腔上端的放置开口的上方。

作为另一种优选方案，本发明所述地面货架包括底板，底板两侧设置有立框，立框上端之间设置有横框，横框上端设置有上板；底板和上板上均设置有限位装置。

作为另一种优选方案，本发明所述操作台面包括支撑框架，支撑框架上端设置有支撑板，支撑板上设置有限位装置。

作为另一种优选方案，本发明所述限位装置包括底部垫片，底部垫片两侧设置有向上凸起的柱状体，柱状体上端为下大上小的圆台状体；柱状体沿着X、Y方向各一根。

作为另一种优选方案，本发明所述细胞工厂框架传递车包括底板，底板下端设置有滚轮，底板上端设置有限位装置，底板上端一侧设置有推车框。

其次，本发明放置一个细胞工厂框架的位置由四个呈矩形布置的限位装置限定。

另外，本发明所述传递车地面限位装置包括两侧导向框，导向框前端内侧为外大内小的喇叭口结构，传递车地面限位装置上设置有用于检测传递车是否到位的传感器。

本发明有益效果。

本发明配合多轴机器人，完成对细胞工厂培养生物基质的操作和日常培养。使得细胞工厂对生物基质的培养可以使用多轴机器人在恒温室内完成，提高设备自动化程度，提升产品品质的均一性。

本发明设置限位装置，便于配合多轴机器人的操作。同时，限位装置也减小了细胞工厂意外掉落的风险（如人为碰触）。

附图说明

下面结合附图和

具体实施方式

对本发明做进一步说明。本发明保护范围不仅局限于以下内容的表述。

图1是本发明细胞工厂框架结构示意图。

图2是本发明软管收纳盒结构示意图。

图3是本发明夹紧装置结构示意图。

图4是本发明细胞工厂框架装载细胞工厂后结构示意图。

图5是本发明细胞工厂框架装载细胞工厂后另一角度结构示意图。

图6是本发明地面货架结构示意图。

图7是本发明操作台面结构示意图。

图8是本发明细胞工厂框架传递车结构示意图。

图9是本发明传递车地面限位装置结构示意图。

图10是本发明限位装置结构示意图。

图11是本发明抓取盘结构示意图。

图12是本发明抓手结构示意图。

图13是本发明抓手侧视图。

图14是本发明地面货架装载细胞工厂框架后结构示意图。

图中，1为细胞工厂框架、2为软管收纳盒、3为夹管板、4为连接孔、5为尼龙块、6为硅胶层板、7为夹紧装置、8为锁紧部件、9为细胞工厂、10为抓取盘、11为限位装置、12为地面货架、13为操作台面、14为细胞工厂框架传递车、15为喇叭口、16为传递车地面限位装置、17为柱状体、18为圆台状体、19为抓取插接孔、20为定位销、21为抓手、22为插接凸块、23为伸缩卡珠、24为多轴机器人连接部。

图15是本发明开机界面图。

图16是本发明工作界面图。

图17是本发明操作窗口界面图。

图18是本发明货架1操作界面图。

图19是本发明货架2操作界面图。

图20是本发明货架3操作界面图。

图21是本发明货架4操作界面图。

图22是本发明货架5操作界面图。

图23是本发明货架6操作界面图。

图24是本发明货架7操作界面图。

图25是本发明报警信息汇总界面图。

图26是本发明夹具抓手组合示意图。

图27是本发明A侧夹具安装示意图。

图28是本发明B侧夹具安装示意图。

图29、30、31是本发明电路原理图。

图32为本发明机器人和视觉系统安装图。

图33为本发明视觉系统软件设置图。

图34为本发明细胞工厂摆放框架图。

图35 为本发明细胞工厂框架抓手件图。

图36为本发明识别相片。

图37～40为本发明抓取位点示意图（图37.抓取前准备；图38.拍照；图39.抓取；图40.抓取完成 ）。

图41，本发明六轴机器人和附件图。

图42，本发明细胞工厂及细胞工厂框架前端图。

图43，本发明细胞工厂及细胞工厂框架后端图。

图44，本发明软管收纳盒图。

图45，本发明压板图。

图46，本发明机器人夹具抓手图。

图47，本发明机器人夹具抓手机器人端及连接件图。

图48、图49，本发明细胞工厂框架图。

图50，本发明操作位点平台图。

图51，本发明作平台限位导柱及垫片组合图。

图52，本发明抓取位点装置图。

图53，本发明整体布局图（例图）。

具体实施方式

如图所示，本发明包括细胞工厂框架、可承载细胞工厂框架的地面货架和可承载细胞工厂框架的操作台面，所述细胞工厂框架后端设置有与多轴机器人上的抓手匹配的定位抓取盘；所述地面货架上和操作台面上设置有细胞工厂框架的限位装置。

细胞工厂框架可设置为摆放1-4个40层的细胞工厂。

地面货架可设置为摆放1-3组细胞工厂框架。

操作台面设置为摆放1组细胞工厂框架。

本发明还包括细胞工厂框架传递车和传递车地面限位装置。

细胞工厂传递车设置为摆放一组细胞工厂框架。

细胞工厂传递车地面限位装置可以限定细胞工厂传递车的位置。

所述细胞工厂框架前端设置有可拆卸的软管收纳盒。

所述软管收纳盒后上端设置有横向连接板，连接板上设置有连接孔。

所述软管收纳盒的上端设置有夹管板。夹管板内端面可沿长度方向设置多个夹槽，夹管板可通过紧固件与软管收纳盒上部向上延伸的连接板相连（夹管板上设有四个夹槽，夹槽直径深度按着与各细胞工厂相连的输液管路用的软管直径设计，四个夹槽横向排列，方便对管路进行固定与捋顺）。

软管收纳盒可由5颗旋钮螺丝穿过连接孔固定在细胞工厂框架上边，安装、拆卸时只需要将螺丝向左旋转松开，收纳盒向左稍微串动一点然后向上抬起就可拆卸或者安装上，非常的方便快捷。

软管收纳盒可将用于与细胞工厂框架内放置的各细胞工厂相连的输液管路收纳于软管收纳盒内，并利用夹管板对各条管路进行夹固和捋顺，便于管路与各输液罐体的连接操作。

所述连接孔包括下端圆孔及圆孔上端向一侧弯折的L形孔，L形孔的宽度小于圆孔的直径。

所述细胞工厂框架上端设置有向下压紧、固各细胞工厂的夹紧装置。

所述夹紧装置包括横向压板，压板两端具有向下延伸的用于与细胞工厂框架连接的锁紧部件。

所述压板下端面设置有尼龙块。

所述尼龙块与压板下端面之间设置有硅胶层板。

利用压板两端的锁紧部件将放置在细胞工厂框架内的细胞工厂固定住，并通过压紧板下侧硅胶层板和尼龙块与细胞工厂上部的柔性接触，来防止对细胞工厂的损伤。

所述锁紧部件采用弹簧挂钩，细胞工厂框架上端两侧相应于弹簧挂钩设置有锁紧孔。

夹紧装置使用时将其水平放在细胞工厂上面，左右两侧有弹簧挂钩，钩住该装置两侧的锁紧孔之后向下按下弹簧挂钩，即可夹紧完成安装。

所述抓手包括抓手主体，抓手主体的一端设置有多轴机器人连接部24，抓手主体另一端的中部设置有柱状的插接凸块，柱状的插接凸块的侧壁上分别设置有若干个沿圆周方向、等间距布置的伸缩卡珠；抓手主体布置有插接凸块的一端设置有定位销；

定位抓取盘包括抓取盘主体，抓取盘主体的中部相应于插接凸块设置有抓取插接孔，抓取插接孔的内侧壁上与框架抓手插接凸块上的伸缩卡珠相对应的位置设置有环形卡接凹槽，抓取盘主体上设置有用于与定位销配合插接的定位孔。抓手工作时，利用气压（抓手主体内设置相应气道）将伸缩卡珠弹出，需要执行放下动作时，断开气压，伸缩卡珠会自动收回。

利用多轴机器人连接部将框架抓手与六轴机械手臂前端的机械手腕处相连，并通过框架抓手的插接凸块与细胞工厂框架定位抓取盘的抓取插接孔的定位插接，来实现六轴机械手臂对细胞工厂框架的稳固抓取和移动。

所述细胞工厂框架上设置有若干组并排布置、用于放置细胞工厂的竖直腔，竖直腔的上端设置有放置开口；所述夹紧装置设置在各竖直腔上端的放置开口的上方。

细胞工厂框架尺寸可为：长932mm，宽363mm，高585mm。

所述地面货架包括底板，底板两侧设置有立框，立框上端之间设置有横框，横框上端设置有上板；底板和上板上均设置有限位装置。

所述操作台面包括支撑框架，支撑框架上端设置有支撑板，支撑板上设置有限位装置。

细胞工厂框架下端每个角对应一个限位装置，并限制在两侧柱状体之间。

所述限位装置包括底部垫片，底部垫片两侧设置有向上凸起的柱状体，柱状体上端为下大上小的圆台状体；柱状体沿着X、Y方向各一根。柱状体侧壁上可设置长方形凹陷，便于旋拧安装。

柱状体和圆台状体可采用白钢材质。底部垫片可采用2～3mm左右的1/4圆形的垫片。柱状体和圆台状体起到了固定细胞工厂框架放置位置的作用，圆台状体斜面为细胞工厂框架放下去的时候起到了一个导向的作用，垫片把细胞工厂框架与小车、操作平台或者货架的平面隔离开，避免了对平面的磨损。

所述细胞工厂框架传递车包括底板，底板下端设置有滚轮，底板上端设置有限位装置，底板上端一侧设置有推车框。

放置一个细胞工厂框架的位置由四个呈矩形布置的限位装置限定。

所述传递车地面限位装置包括两侧导向框，导向框前端内侧为外大内小的喇叭口结构，传递车地面限位装置上设置有用于检测传递车是否到位的传感器。

传递车沿着限位开口（喇叭口）处推进去，左右两侧有一段斜面导向部分，可以为传递车提供导向。

细胞工厂框架可以摆放1-4个40层的细胞工厂，并摆放到细胞工厂传递车中，将细胞工厂传递车推到细胞工厂传递车地面限位装置中，使用多轴机器人对细胞工厂框架后端的抓手进行抓取，放置到操作台面进行操作后放置到地面货架上或者直接放置到地面货架上进行相应的培养。待需要时，可以使用多轴机器人对地面货架上的细胞工厂框架进行抓取，放置到操作台面进行操作后放置到地面货架，细胞工厂传递车或者未操作直接放置到细胞工厂传递车上。

下面结合附图说明本发明的工作过程。

步骤1，将1-4个连接好管路的细胞工厂放置在细胞工厂框架内，使用上端的夹紧装置将细胞工厂固定，并将管路放置在前端的软管收纳盒中。

步骤2，将安装好细胞工厂的细胞工厂框架放置在细胞工厂框架传递车上的限位装置中间。步骤1和步骤2可以互换。

步骤3，将安装好细胞工厂框架的细胞工厂框架传递车，推到传递车地面限位装置中，并固定细胞工厂框架传递车的脚轮。

步骤4，使用多轴机器人对细胞工厂框架传递车上的细胞工厂框架后端的抓取盘进行抓取。

步骤5，操作多轴机器人将细胞工厂框架放置到操作台面，地面货架或细胞工厂传递车的限位装置中间。

步骤6，使用多轴机器人对操作台面或地面货架上的细胞工厂框架进行抓取，并放置到操作台面，地面货架或细胞工厂传递车者的限位柱中间。

本发明细胞工厂限位装置可与操作系统配合工作。操作系统的各操作过程说明如下：

抓取：是指机器人将细胞工厂从指定位置抬抓取并起来的动作过程具体如下所述：执行抓取程序后机器人会先以线性运动模式到达要抓取的细胞工厂框架前端260mm距离的位置点“zhua_qu_qian”（260mm为相机可以清晰拍到夹具图片的最佳焦距距离)，然后安装在机器人前端六轴法兰上边的相机环形光源会打开（亮度为可以给相机拍照提供足够清晰的视野即可），光源打开的同时安装在机器人六轴前端的用于抓取细胞工厂框架的夹具的气缸就会收回（如果已经为收回状态则不必收回，如果没有收回就会先收回），气缸收回后夹具上边的气缸回位检测就会判断是否收回如果检测到气缸已经收回则可以往下进行，如果没有检测到气缸收回信号则会发出报警提示不允许抓取动作再进行下去（一定要气缸收回并判断是否收回是因为夹具机构的结构特性所决定的：夹具分为AB两部分（附图16所示），A用了六颗10*40的内六角螺丝固定安装在机器人前端法兰上边，B用了六颗10*40的内六角螺丝固定安装在了细胞工厂框架前端中心位置，A与B一凸一凹，当它们扣在一起时A侧的气缸伸出牢牢的卡在B夹具的凹槽内，防止抓取之后抬起来进行其他动作时脱落。所以判断A夹具气缸是否收回是必须的。）

放置：是指机器人将细胞工厂放到两侧货架某一可以放下的位置处的过程具体如下所述：当机器人六轴前端夹具上接下来机器人带着安装在六轴法兰上的夹具、相机、相机光源一同移动到“zhua_qu_qian”点z方向（垂直向上方向）一定高度处的拍照点“pTakephoto”点（这个点是通过前期准备工作用机器人调试抓取细胞工厂框架时示教的抓取点pPickTeach沿着X方向后退离开B夹具260mm距离处示教得来的），到达拍照点“pTakephoto”点之后等待1s的延时时间然后相机拍照，并将结果与之前示教好的抓取点进行比较得出当前位置相对于基准位置的偏移量传递给机器人，机器人根据收到的相机传过来的结果进行程序计算并调整姿态，然后向前移动到结合相机拍照结果计算出的抓取点位前方60mm距离处，在以线性运动模式直接到达抓取点。到达抓取点后延时1s的时间打开A夹具气缸，AB两个夹具吸合在一起，等待1s，沿着当前位置Z方向向上抬起70mm高度处“ZhuaQuDdianShang”点完成抓取动作。

边存在细胞工厂、且位于安全位置点（原点“pHome”）时可以执行放置程序，放置分为货架上侧放置、货架外侧放置、货架里侧放置，当货架外侧已经有细胞工厂时不可以执行里侧放置、当想要放置的位置有细胞工厂存在不可以执行该位置的放置（在执行放置程序之后程序里会标记当前位置，位置处于标记状态时不可以再次选择该位置的放置程序，而当外侧被放置时除了标记该位置之外还会锁定里侧放置位置，这样就保证了外侧存在细胞工厂时再向里侧放置时意外事故的问题发生）。选择放置程序后机器人带着细胞工厂以关节运动快速移动到想要放置的货架侧的一个过渡点位置“GuoDuDian1”之后在线性运动到货架放置点Z方向向上70mm距离处的“PalletPut_On”点，之后线性运动Z方向向下运动到放置点“PalletPut”点，等待2s延时时间待放置稳定后关闭夹具A的气缸使夹具AB两部分脱离开此时气缸的回位检测判断气缸是否已经收回，如果没有收回则会停在当前位置发出报警提示信息“夹具气缸没有收回”等待人员处理，如果已经收回则会沿着X方向向后退出到放置点“PalletPut”前方100mm的安全位置点“FangZhiDianQian”并会标记当前位置为已经放下细胞工厂位置。之后以关节运动快速地回到原点“Phome”位置处结束放置程序。

抬起：是指将操作平台处的细胞工厂抓取并抬起来的程序动作，此程序作为高级操作程序诸如消化、分装、加液、排液等的基础程序。具体如下所诉：当细胞工厂位于操作窗口前的操作平台上时可以执行抬起程序，执行抬起程序后机器人首先执行抓取程序将细胞工厂抓取并抬起到70mm高度处“ZhuaQuDdianShang”点，然后向上方抬起到操作窗口前“DaoChuangQian”点完成抬起程序动作。

放下：是指机器人将细胞工厂由原点“Phome”位置处放到操作窗口前的操作平台处的程序过程，当细胞工厂被抓取或者抬起之后到达原点Phome处时可以执行放下程序。具体过程为：执行放下程序后机器人由“Phome”向操作平台上方过渡点“FangDianShang”移动，到达之后静止1s的延时时间待其静止稳定后Z方向向下做线性运动到达放下点“FangDian”静止1s然后关闭夹具A的气缸，气缸收回，等待回位检测判断气缸是否收回，如果没有收回则会停在当前位置发出报警提示信息“夹具气缸没有收回”等待人员处理，如果已经收回则会沿着X方向向后退出到放下点“FangDian”前方100mm的安全位置点“FangDianQian”并会标记当前位置为已经放下细胞工厂位置。之后以关节运动快速地回到原点“Phome”位置处结束放下程序。

放回：是指机器人将细胞工厂由原点“Phome”处放回到传递窗口小车处的程序过程，当细胞工厂被抓取或者抬起之后到达原点“Phome”处时可以执行放回程序。具体过程如下：选择放回程序后机器人在“Phome”点位置处发出信号给PLC并等待小车处到位检测判断传递窗处小车是否存在并且已经到达指定放置位置的返回信号。如果没收到返回信号则发出报警提示信息给人机交互系统，并等待将小车推到指定位置处再执行放回程序，如果收到返回信号则往下执行放回程序，机器人将由“Phome”点处经过中间过渡点“FangHuiGuoDu”移动到放回点上方70mm处等待放下点“FangHuiShang”静止1s的延时时间待其静止稳定后Z方向向下做线性运动到达放下点“FangHuiDian”静止1s然后关闭夹具A的气缸，气缸收回，等待回位检测判断气缸是否收回，如果没有收回则会停在当前位置发出报警提示信息“夹具气缸没有收回”等待人员处理，如果已经收回则会沿着X方向向后退出到放下点“FangHuiDian”前方100mm的安全位置点“FangHuiDianQian”并会标记当前位置为已经放下细胞工厂位置。之后以关节运动快速地回到原点“Phome”位置处结束放回程序。

加液：是指利用蠕动泵向细胞工厂内加入液体的程序过程。具体过程为：首先机器人将置于操作窗口前的操作平台上的细胞工厂执行抬起程序抬起到操作窗口前“DaoChuangQian”点位置处，等待操作人员将蠕动泵用的软管与细胞工厂连接，连接完毕点击下一步按钮，机器人将细胞工厂沿着当前水平方向顺时针旋转90度到达加液点“JiaYe”。等待蠕动泵工作向细胞工厂内加入液体，待加液完毕之后点击下一步按钮，机器人将细胞工厂逆时针旋转90度回到“DaoChuangQian”点，等待操作人员将连接在细胞工厂与蠕动泵之间的软管移开之后点击下一步按钮，机器人将细胞工厂移动到原点“Phome”处完成加液程序动作。

排液：是指利用蠕动泵将细胞工厂内的液体排出的程序过程。具体过程为：首先机器人将置于操作窗口前的操作平台上的细胞工厂执行抬起程序抬起到操作窗口前“DaoChuangQian”点位置处，等待操作人员将蠕动泵用的软管与细胞工厂连接，连接完毕点击下一步按钮，机器人将细胞工厂沿着当前水平方向顺时针旋转90度到达排液点“PaiYe”。等待蠕动泵工作将细胞工厂内液体全部排出，待排液完毕之后点击下一步按钮，机器人将细胞工厂逆时针旋转90度回到“DaoChuangQian”点，等待操作人员将连接在细胞工厂与蠕动泵之间的软管移开之后点击下一步按钮，机器人将细胞工厂移动到原点“Phome”处完成排液程序动作。

摇晃：是指机器人将装有细胞和液体的细胞工厂在空中向前、向后、向左或向右晃动的程序过程。具体过程如下：机器人将处于抬起状态、装有细胞和液体的细胞工厂以1000mm/s的速度向前线性运动到达点“HuangDongQian_1”静止一段时间（具体时间可调节目前为1s）、在向后线性运动到达点“HuangDongHou_1”静止一段时间、在向左线性运动到达点“HuangDongZuo_1”静止一段时间、在向右线性运动到达点“HuangDongYou_1”静止一段时间。回到操作窗口前“DaoChuangQian”点位置处完成摇晃程序动作。

剧烈摇晃：是指机器人将装有细胞和液体的细胞工厂在空中以大于摇晃程序的动作幅度、速度向前、向后、向左或向右晃动的程序过程。具体过程如下：机器人将处于抬起状态、装有细胞和液体的细胞工厂以2000mm/s～3000mm/s的速度(具体速度可根据实际生产情况进行调节）向前线性运动到达点“HuangDongQian_2”静止一段时间（具体时间可调节目前为1s）、在向后线性运动到达点“HuangDongHou_2”静止一段时间、在向左线性运动到达点“HuangDongZuo_2”静止一段时间、在向右线性运动到达点“HuangDongYou_2”静止一段时间。回到操作窗口前“DaoChuangQian”点位置处完成剧烈摇晃程序动作。

本发明适用于使用多轴机器人（如TX200系列多轴机器人）操作细胞工厂进行生物制品的培养。

本发明基于多轴机器人特性，适合人员使用，操作便捷。

高级操作程序：由基础程序组合而成的程序，可以根据各种工艺自行设置，包括但不限于下面几项：

消化：是将培养物从细胞工厂上消化下来的过程，当操作平台处有细胞工厂时、机器人在原点“Phome”处且没有抓取任何细胞工厂可执行此程序操作。具体程序如下：选择消化程序后机器人将从原点“Phome”处先执行抬起程序将细胞工厂由操作平台处抬起到操作窗口前位置点“DaoChuangQian”处等待下一步操作。等待操作人员将软管与细胞工厂和蠕动泵之间连接起来，连接完毕点击下一步按钮，执行排液程序。待排液完毕静止2s等待下一步操作，点击下一步按钮，执行加液程序。加液完毕静止2s等待下一步操作，点击下一步按钮，经由加液过渡点“JiaYeGuoDu”到达操作窗前点“DaoChuangQian”。执行摇晃程序（摇晃程序执行次数是可以选择的）。摇晃程序执行完毕后静止3s的延时时间，执行排液程序，排液完毕静止3s延时时间等待下一步操作，点击下一步按钮，到达操作窗口前点“DaoChuangQian”处，静止2s过后等待下一步操作，点击下一步按钮，机器人带着细胞工厂到达观察点1“GuanChaKou1”并停在该位置等待操作人员对其进行观察，等待下一步操作提示，观察完毕点击下一步按钮，细胞工厂移动到观察点2“GuanChaDian_2”并停在该位置等待操作人员对其进行观察，等待下一步操作提示，观察完毕点击下一步按钮，细胞工厂移动到观察点3“GuanChaDian_3”并停在该位置等待操作人员对其进行观察，等待下一步操作提示，观察完毕点击下一步按钮，细胞工厂移动到操作窗口前点“DaoChuangQian”处静止2s的延时时间等待下一步操作。点击下一步按钮，执行加液程序。加液完毕静止2s等待下一步操作，点击下一步按钮，机器人带着细胞工厂移动到操作窗口前点“DaoChuangQian”处，静止2s等待下一步操作，待操作人员将连接细胞工厂与蠕动泵的软管移开之后点击下一步按钮，回到原点“Phome”位置处完成消化程序的执行。

分装：是将待培养物加入到细胞工厂中的过程，当操作平台处有细胞工厂时、机器人在原点“Phome”处且没有抓取任何细胞工厂可执行此程序操作。具体程序如下：选择分装程序后机器人将从原点“Phome”处先执行抬起程序，将细胞工厂抬起到操作窗口前点“DaoChuangQian”处，静止2s等待下一步操作，待操作人员将软管与细胞工厂和蠕动泵之间连接起来，连接完毕点击下一步按钮，执行加液程序，执行完毕静止2s等待下一步操作，点击下一步按钮，机器人经由加液过渡点“JiaYeGuoDu”到达操作窗口前点“DaoChuangQian”处执行摇晃程序，执行完毕等待下一步操作，点击下一步按钮，机器人回到操作窗口前点“DaoChuangQian”处待操作人员将连接细胞工厂与蠕动泵的软管移开之后点击下一步按钮，机器人带着细胞工厂回到原点“Phome”处完成分装程序的执行。

换液：是更换细胞工厂中的培养液的过程，当操作平台处有细胞工厂时、机器人在原点“Phome”处且没有抓取任何细胞工厂可执行此程序操作。具体程序如下：选择换液程序后机器人将从原点“Phome”处先执行抬起程序将细胞工厂由操作平台处抬起到操作窗口前位置点“DaoChuangQian”处等待下一步操作。等待操作人员将软管与细胞工厂和蠕动泵之间连接起来，连接完毕点击下一步按钮，执行排液程序。待排液完毕静止2s等待下一步操作，点击下一步按钮，执行加液程序。加液完毕静止2s等待下一步操作，点击下一步按钮，经由加液过渡点“JiaYeGuoDu”到达操作窗前点“DaoChuangQian”。执行摇晃程序（摇晃程序执行次数是可以选择的）。摇晃程序执行完毕后静止3s的延时时间等待下一步操作，执行完毕等待下一步操作，点击下一步按钮，机器人回到操作窗口前点“DaoChuangQian”处待操作人员将连接细胞工厂与蠕动泵的软管移开之后点击下一步按钮，机器人带着细胞工厂回到原点“Phome”处完成换液程序的执行。

收获：是将某种培养物从细胞工厂中收获下来的过程，当操作平台处有细胞工厂时、机器人在原点“Phome”处且没有抓取任何细胞工厂可执行此程序操作。具体程序如下：选择收获程序后机器人将从原点“Phome”处先执行抬起程序将细胞工厂由操作平台处抬起到操作窗口前位置点“DaoChuangQian”处等待下一步操作。等待操作人员将软管与细胞工厂和蠕动泵之间连接起来，连接完毕点击下一步按钮，执行排液程序。待排液完毕静止2s等待下一步操作，点击下一步按钮，执行加液程序。加液完毕静止2s等待下一步操作，点击下一步按钮，经由加液过渡点“JiaYeGuoDu”到达操作窗前点“DaoChuangQian”。执行摇晃程序（摇晃程序执行次数是可以选择的）。摇晃程序执行完毕后静止3s的延时时间，执行排液程序，排液完毕静止3s延时时间等待下一步操作，点击下一步按钮，执行加液程序。执行完毕等待下一步操作，点击下一步按钮，到达操作窗口前点“DaoChuangQian”处，静止2s过后等待下一步操作，点击下一步按钮，经由加液过渡点“JiaYeGuoDu”到达操作窗前点“DaoChuangQian”。执行摇晃程序（摇晃程序执行次数是可以选择的）。摇晃程序执行完毕后静止3s的延时时间，执行排液程序，排液完毕静止2s延时时间等待下一步操作，点击下一步按钮，执行加液程序。加液完毕静止2s等待下一步操作，点击下一步按钮，经由加液过渡点“JiaYeGuoDu”到达操作窗前点“DaoChuangQian”。执行摇晃程序，执行完毕执行排液程序，排液完毕静止15s的延时时间等待下一步操作，点击下一步按钮，机器人带着细胞工厂回到操作窗口前点“DaoChuangQian”处，执行放下程序，将细胞工厂放在操作平台上静止大约30分钟的时间等待二次收获。

二次收获：对收获过后的细胞工厂进行的第二次收获过程，当操作平台上存在已经收获了的细胞工厂时、机器人在原点“Phome”处且没有抓取任何细胞工厂可执行此程序操作。

具体程序如下：选择二次收获程序后机器人将从原点“Phome”处先执行抬起程序将细胞工厂由操作平台处抬起到操作窗口前位置点“DaoChuangQian”处执行加液程序，加液完毕等待下一步操作，点击下一步按钮，机器人带着细胞工厂经由加液过渡点“JiaYeGuoDu”到达操作窗前点“DaoChuangQian”。执行摇晃程序（摇晃程序执行次数是可以选择的）。摇晃程序执行完毕后静止3s的延时时间，执行排液程序，排液完毕静止3s延时时间等待下一步操作，点击下一步按钮，机器人回到操作窗前点“DaoChuangQian”处，等待下一步操作，待操作人员将连接细胞工厂与蠕动泵的软管移开之后点击下一步按钮，机器人带着细胞工厂回到原点“Phome”处完成二次收获程序的执行，也完成了整个收获程序。

本发明人机交互系统包括以下部分：

开机界面 ：人机交互系统上电启动默认显示进入的画面（附图15），该界面显示了多轴机器人应用于细胞工厂的整体设计方案效果图，并设有登录权限设置。登录权限设为三级操作权限，分别为操作员、技术员、管理员。操作员用户安全等级为20级，可执行登录进入工作界面以及货架和操作窗口界面、机器人手臂上下电的操作、基础及高级操作程序的选择确定、设备的启动，暂停，继续功能；技术员用户安全等级为60级可登录进入工作界面以及货架界面、操作窗口界面和故障信息显示界面、可执行操作员执行的相关操作并可以修改设备运行速度、可以启用或关闭安全门保护功能；管理员安全等级为80级可以执行操作员与技术员执行的所有操作并可以修改、删除低于自己安全等级的登录用户名以及登录密码。

工作界面 ：设备处于工作状态所显示的界面（附图16），该界面包含速度输入、状态显示、操作按钮、界面切换开关四部分组成。

速度输入框 可以对机器人工作运行速度进行修改，修改完成立即生效，数值修改范围10～50；

状态显示区域包括：a.设备当前选择执行的程序的程序号显示;

b.机器人控制模式显示（本地模式与远程模式，本地模式为手动操作机器人手持时的模式，远程模式为通过人机交互系统进行操作时的模式）;

C.手臂状态（手臂下电与手臂上电，机器人机械手臂上下电状态显示）;

d.原点状态（再原点与不在原点，显示机器人是否在原点“Phome”点位置处，选择执行程序时必须在该位置方可执行）;

e.相机状态（包括正常状态、登录失败、未联机、拍照错误四个状态显示，当机器人执行与抓取有关的程序时到达抓取拍照点位置处会对相机状态作出判断，相机处于正常状态时会进行拍照，并对拍照结果进行判断显示在相机状态显示栏，拍照合格往下进行，拍照不合格则会显示拍照错误不予抓取）;

f.程序执行状态（当操作人员选择一个程序并且去执行它时，该状态栏会显示出当前所选择执行的程序名称，如果没有程序选择执行则显示“没有程序执行”）;

g.报警故障状态（正常状态，急停按钮按下、气压过低、程序号不正确、抓手没有伸出、抓手没有收回、安全门打开。没有故障发生时显示“正常状态”；当发生危机人身安全等重要情况时设备急停按钮被按下，机器人停在当前位置并退出所选择的程序，状态栏显示“急停按钮被按下”；当设备气压低于设定值0.5mpa时机器人停在当前位置，为了安全夹具A侧气缸会伸出，因为如果机器人当前处于已经抓取细胞工厂状态时气压低于设定值时夹具需要保持当前气缸伸出状态而不是收回去；当所选择的程序的程序号与当前机器人反馈回来的程序号显示不一致时便会提示“程序号不正确”，并且此时是不可以启动运行执行程序的，需要选择正确的程序在执行；当机器人执行抓取相关程序时到达抓取点位置并发出了夹具气缸伸出信号之后，如果夹具气缸伸出检测没有检测到伸出信号则机器人会停在该位置发出报警信息并显示“抓手没有伸出”；当机器人执行放下相关程序时到达放下点位置并发出了夹具气缸收回信号之后，如果夹具气缸回位检测没有监测到信号则机器人会停在该位置发出报警信息并显示“抓手没有收回”；当设备没有运行时安全门打开需要关闭安全门方可执行相关程序运行设备，当设备处于运行状态时安全门打开机器人会停在当前位置发出报警信息，人机交互系统显示“安全门打开”，此时需要确认人员安全关闭安全门并在人机界面上确认已关闭安全门，此时机器人会接着之前的程序路径往下执行）；

h.生产任务状态（闲置状态，生产中，暂停中。没有程序选择执行会显示“闲置状态”；有程序选择被正确执行时会显示“生产中”；当按下暂停按钮时机器人停在当前位置等待并显示“暂停中”，通过按下继续按钮可使机器人继续运行）；

I.下一步状态（等待下一步，下一步完成。当执行消化、分装、加液、换液等高级操作程序时需要操作人员进行一些外部操作，当机器人带着细胞工厂停在某一等待操作的位置时会发出等待操作完成信号并显示“等待下一步”，待操作人员完成操作需要按下外部下一步按钮开关，机器人将会接着往下执行并显示“下一步完成”）；

J.小车状态（小车到位可以放回，小车没到位请确认。当机器人执行放回程序时在原点Phome处会判断传递窗处小车是否存在且已到达指定位置，如果小车到位检测已经检测到小车存在并以到达指定位置则执行放回程序并显示“小车到位可以放回”，当没有检测到小车已到达指定位置时机器人将停在原点处等待人员确认小车位置并发出“小车没到位请确认”，当人员确认过小车实际位置后需要在人机界面确认小车已推到指定位置，此时机器人执行放回程序将细胞工厂放回到传递窗小车上）。

操作按钮包括手臂上电、手臂下电、停止、门保护开/关、光源开/闭。手臂上电（远程模式下按下此按钮可以给机器人手臂上电）；手臂下电（远程模式下按下此按钮可以给机器人手臂下电）；停止（机器人在远程模式下，运行任一可执行的程序时按下此按钮立即停止在当前位置并退出选择执行的程序）；门保护开/关（默认为安全门保护功能打开状态，按下此按钮可屏蔽安全门保护功能，一般设备保养维护时使用）;光源开闭（可控制相机光源的手动打开与关闭）。

界面切换开关包括开机界面、操作窗口、报警汇总。按下开机界面按钮自动切换到开机界面；按下操作窗口按钮切换进入操作窗口界面；按下报警汇总按钮切换到报警信息汇总界面。

操作窗口界面可通过工作界面的界面切换开关切换到该界面（附图17）。该界面包括程序号、抓取号的显示与自动输入状态显示，程序执行状态显示，输入程序号确定按钮，操作窗口前的操作平台处的程序选择按钮以及传递窗小车处的程序选择按钮，货架1～7界面切换开关。

程序号、抓取号显示与输入：程序号显示（显示当前执行程序的程序序号，每一个程序选择按钮上边都对应写出了该程序的程序名称以及程序序号）；程序号输入（当选择某一程序时需要按下该程序的选择按钮，并点击输入程序号确定按钮，这样程序号输入框便自动输入了该程序的程序号）； 抓取号显示与输入（每一个可以抓取的位置都对应一个唯一的序号称之为抓取号，当选择执行抓取相关的程序时会自动输入抓取号并在显示栏显示出来）。

程序执行状态与前述f.程序执行状态所描述的为同一状态显示栏。

输入程序号确定按钮当选择了某一个可以被选择执行的程序时，按下该程序选择按钮之后需要按下此确定按钮予以确认。

操作平台处的程序选择按钮包括消化、分装、换液、收获步1、收获步2、放下。每一个程序选择按钮都包含了当前选择程序的程序名称以及程序序号，例如：“消化_01”程序名称为消化程序，程序序号为01.一次正确的选择并运行程序的过程应该是这样的----点击想要执行的程序按钮(如消化_01)，之后按下输入程序号确认按钮，观察确认程序号显示与程序号输入、抓取号显示与抓取号输入是否一致，手臂上电，按下启动运行按钮。

传递窗小车处的程序选择按钮包括小车处的抓取与小车处的放回程序选择。当小车上有细胞工厂存在、机器人位于原点位置且没有抓取任何细胞工厂、没有其他程序被执行、人机界面显示为远程模式时可以点击抓取_11按钮选择抓取程序，并按下输入程序号确认按钮，手臂上电，按下启动运行按钮即可执行小车处抓取程序；当小车推到了传递窗指定位置且没有细胞工厂在小车上、机器人抓取了细胞工厂处于原点位置时可以执行放回程序。

货架1操作界面为货架1的抓取、放置程序选择界面（附图18）可在操作窗口界面点击下方货架1按钮进入。该界面包含货架1的三个位置的抓取与放置-----货架1上放_05、货架1上取_08、货架1里放_06、货架1里取_09、货架1外放_07、货架1外取_10。程序的选择执行与操作窗口的程序选择执行方式一样，而且都存在位置点的抓取与放置的互锁功能，即：当已经执行了货架1上放程序在货架1上侧放置了细胞工厂，此时该位置只能够被执行抓取程序，选择放置程序时无效。同样的如果没有放置任何细胞工厂则可以执行放置程序，但是抓取程序无法被选择。货架里外两个位置除了本身点位存在互锁之外，当外侧已经放置了细胞工厂时，那么里面位置的抓取、放置程序将会被锁定，无法选择。

货架2操作界面为货架2的抓取、放置程序选择界面（附图19）可在操作窗口界面点击下方货架2按钮进入。该界面包含货架2的三个位置的抓取与放置-----货架2上放_31、货架2上取_34、货架2里放_32、货架2里取_35、货架2外放_33、货架2外取_36。操作与货架1相同。

货架3操作界面为货架3的抓取、放置程序选择界面（附图20）可在操作窗口界面点击下方货架3按钮进入。该界面包含货架3的三个位置的抓取与放置-----货架3上放_41、货架3上取_44、货架3里放_42、货架3里取_45、货架3外放_43、货架3外取_46。操作与货架1相同。

货架4操作界面为货架4的抓取、放置程序选择界面（附图21）可在操作窗口界面点击下方货架4按钮进入。该界面包含货架4的三个位置的抓取与放置-----货架4上放__51、货架4上取_54、货架4里放_52、货架4里取_55、货架4外放_53、货架4外取_56。操作与货架1相同。

货架5操作界面为货架5的抓取、放置程序选择界面（附图22）可在操作窗口界面点击下方货架5按钮进入。该界面包含货架5的三个位置的抓取与放置-----货架5上放_61、货架5上取_64、货架5里放_62、货架5里取_65、货架5外放_63、货架5外取_66。操作与货架1相同。

货架6操作界面 为货架6的抓取、放置程序选择界面（附图23）可在操作窗口界面点击下方货架6按钮进入。该界面包含货架6的三个位置的抓取与放置-货架6上放_71、货架6上取_74、货架6里放_72、货架6里取_75、货架6外放_73、货架6外取_76。操作与货架1相同。

货架7操作界面为货架7的抓取、放置程序选择界面（附图24）可在操作窗口界面点击下方货架7按钮进入。该界面包含货架7的三个位置的抓取与放置--货架7上放_81、货架7上取_84、货架7里放_82、货架7里取_85、货架7外放_83、货架7外取_86。操作与货架1相同。

故障信息显示界面通过点击故障信息显示界面的按钮开关可以切换到该操作界面（附图25）该界面显示了设备的历史信息记录以及故障信息记录。

细胞工厂由小车推到指定位置此时可执行小车处的抓取程序（基础操作程序）将细胞工厂抓起来到达等待放下的安全位置（我们称它为原点），此时可以执行基础操作程序的放下程序将细胞工厂放到可以放置的货架处（当货架外侧有细胞工厂存在时是不允许向内侧放置细胞工厂的），而不能执行其他位置的抓取程序并且在放下程序执行过程中是不可以在选择执行其他基础的抓取放置或者高级的消化、分装等程序的。

当放到货架上某一位置时此位置被唯一的标记，即此位置已经存在细胞工厂了，只可以执行抓取程序（高级操作程序只可以在操作平台处执行）且不允许再放其他的细胞工厂。

当细胞工厂从货架上被抓起来到达原点位置时，货架上空出来的位置被唯一的标记，即此位置没有细胞工厂可以执行放下程序但不可以执行抓取程序因为此味只被认为是空缺状态了。

被抓起来的细胞工厂可以被放置于任何一个可以放下的位置并被标记等待后续的抓取操作，当它被放置在操作平台上时可以对其进行一系列复杂的高级操作程序，比如消化、分装、换液、收获等等。一旦选择了某一个高级的操作程序并且已经处于执行状态时，是不允许再次选择其他的高级操作程序或者其他的基础的诸如抓取、放下等操作程序的，直至此操作程序执行完毕机器人退回到原点位置才可以。在执行过程中可能因为工艺要求需要静止在某一姿态等待操作人员去操作、观察等，当执行到这样的操作步骤时系统会提示等待下一步操作

待完成相关操作后确认信息即可向下进行直至整个程序被执行完。

被执行完的细胞工厂可以被放置于任一可以放下的货架、小车以及操作平台上以便后续的操作处理。

以上这些操作包含了所涉及到的所有的操作以及约束条件，并且这些操作程序是以模块化的形式展现在人机交互系统上边，应用起来非常的灵活多样，可以选择性的执行某一段可以执行的程序而不是每一次都必须要全部执行一遍，大大的提高了效率。互锁程序的设置也保证了整个过程的安全可靠性。且操作界面直观简洁，适用于普通的操作人员。

本发明电路原理图说明

Q1代表工业插座是用来引接外部供电三相电源的，三相电源为五线三相制。分别为零线(N表示）；三根火线用L1,L2,L3表示；地线（PE表示）。

外部电源三相线和零线经工业插座引进来之后接在了组合开关Q2上接线柱（组合开关是用来开关设备总电源的开关装置）。组合开关下接线柱接出来的三相线接在了总断路器QF1的上口接线柱上，QF1主断路器下口引出来的三相线可作为设备电器元件供电用，并将QF1下口出来的三根火线用L4,L5,L6来表示。

QF2断路器就接在了QF1的L4引线上边，QF1下口经过一个保险丝（保险丝是用来保护电路的，当线路电流过大保险丝就会熔断，从而断开线路起到保护的作用）接在了开关电源（开关电源是用来将交流220v电压转换成直流24V电压并输出直流24V电压的电器元件）上的火线接线柱(接线柱用L表示)。线上边的数字2、3等是线号（用来区分接线位置的）。开关电源需要220V交流电，故此接线柱N需要连接到主线路的零线处，另需要对开关电源进行接地处理。开关电源输出端24+/24-为直流24v电压，用来给人机界面（触摸屏）、PLC、以太网交换机、相机光源控制器供电。图中开关电源24+接出来的线用L+表示、24-接出来的线用L-表示。HMI（人机界面触摸屏的缩写）是用来实现设备操作显示可视化的一款可操作可显示的触摸屏，需要直流24v电压供电，故此它的输入供电接线端接在了开关电源的24V+/24V-上边，另需要接地（接地可以将触摸屏接地端子连接到设备金属外壳上边）。HMI采用以太网通讯协议与PLC进行连接通讯保证数据实时传输。图中右侧以太网交换机是用来保证多台使用以太网通讯协议的设备之间实时通讯的电器元件。它的供电需要直流24V，故此它的输入供电接线端接在了开关电源的24V+/24V-上边，另需要接地。以太网交换机可支持最多7台以太网通讯的设备同时连接到交换机的网口上边，这里我们将HMI的以太网通讯网线连接到了交换机的一个网口上边（另一端连接在了HMI的网口上），将机器人控制器的以太网通讯网线连接在了交换机的一个网口上边（另一端连接在了机器人控制器上边）。将PLC的以太网通讯网线连接在了交换机的一个网口上边（另一端连接在了PLC的网络接口上边）。将视觉相机的以太网通讯网线连接在了交换机的一个网口上边（另一端连接在了相机的网络接口上边）。

图中QF3断路器上口接线接在了主电源的L5(第二跟火线）上边。下口通过一个熔断器接在了PLC的电源输入端（端子L），PLC供电需要有交流220V故此PLC电源输入端端子N接在了零线上。

另需对PLC进行接地线（PE)。PLC（可编程逻辑控制器）上边为输入端接线下边为输出端接线。图中标有24VDC字样,端子标注L+/M的区域为输入端供电电源,为PLC自带24V直流电源供给输入端使用.接线线号这里用P+/P-来表示。标有24VDC INPUTS字样的区域为输入端输入点接线端子。该区域的1M/2M为公共端，其余为输入端子标注，接线线号用I0.0～I0.7/I1.0～I1.5来表示。I0.0接了设备的启动运行按钮，按下该按钮，I0.0输入点接通，设备启动。I0.1为暂停按钮接点，按下该按钮机器人在当前位置静止不动，当按下“继续”按钮（I0.2)机器人继续之前的轨迹动作运动。I0.3为设备急停按钮接点，当有危险发生时可拍下紧急停止按钮，机器人将立即停止运动，此时按下继续、启动等动作机器人将不会发生运动，直到故障消除急停按钮被复位。I0.5为下一步确认按钮，当需要人为确认的工艺流程执行时通过该按钮控制工艺步奏的进行与等待。I1.3为气压检测开关接入点，当检测到气压低于设定值时该接点导通发出报警信息提示。I1.4为气缸伸出检测，是机器人夹具气缸是否已经伸出的检测开关。I1.5为气缸收回检测，是机器人夹具气缸是否已经收回的检测开关。其余接点为预留功能点位。

PLC下边的网口为通讯接口，连接到了以太网交换机上边。标有RELAY OUTPUT 区域的为输出端，其中1L/2L为输出端的公共端。其余为输出端接线端子，用线号Q0.0～Q0.7/Q1.0～Q1.1标注。Q0.0为设备红灯输出接点，当发生故障时候伴随着红灯输出点导通，红灯闪烁。Q0.1为绿灯输出接点，设备正运行时该输出点导通，绿灯常亮。Q0.2为蜂鸣器输出点，当发生故障时候Q0.2导通，蜂鸣器发出警报声。Q0.3为光源输出点，该输出点导通，相机光源被打开。其余输出点为预留输出功能接点。

当中断路器QF3接了一个交流220V的风扇，用来给控制柜散热排风。右侧V*Light为相机光源控制器,是用来控制相机LED光源打开关闭的。

本发明细胞工厂限位装置可与细胞工厂操作工艺方法配合工作。细胞工厂操作工艺方法将一个工业高清智能像机通过一个固定支架固定在夹具下方圆环形状光源中心位置。相机拍照时需要提供一个良好的光环境，所以在相机周围加了一个环形亮度可调节的光源，光源通过一个与其形状相同的圆环形把合件儿固定在夹具下方，光源可通过其自带的控制器调节亮度，也可实现IO控制，即在需要的时候打光，不需要或者不工作不打光。（参看图32)

本发明可辅助机器人使用细胞工厂培养生物基质过程中提供更稳定的抓取能力。本发明使用视觉系统，对细胞工厂上的抓取点进行坐标识别，根据识别的坐标，自动调整抓取点，进行抓取，提升抓取精度，保证抓取稳定性；使得可以承担更大的细胞工厂摆放误差，避免发生机械碰撞。

相机与机器人、PLC之间通过以太网建立连接，相机控制器上有一个工业以太网协议端口支持TCP/IP协议，可连接网线。将网线一端连接相机控制器，另一端连接外部以太网交换机，PLC、机器人也连接在此交换机上，并保证其IP地址为同一波段（即前三位一样）就可实现通讯连接。

通讯连接建立之后需要机器人与相机建立坐标系联系。可采用“九点标定法”即机器人在相机视野范围内以同一姿态夹角在工具坐标系下水平或者垂直（X/Y方向)移动九个点位，移动的同时相机对每次移动结果进行拍照，然后将拍照结果像素坐标数据与机器人工具坐标系下的位移结果记录，通过视觉软件整合在一起相机拍到的九个点位像素坐标建立联系。(参看图33）。

完成坐标系之间的联系之后需要对相机进行“作业”编写（相机视觉定位程序，我们称之为job作业），这里我们选取细胞工厂框架前端的夹具下方位置的空洞及它左边的空洞（具体可参考图37）作为定位识别位置，建立好作业之后，需要选取一个固定位点作为拍照与抓取的原点（0，0）位置。我们选择操作窗口前的操作平台上放置的细胞工厂框架夹具定位空洞位置作为（0，0）点。并将此刻的相机坐标位置定义为（0，0），机器人在视野范围内带着移动，验证相机拍到的结果数值是否符合机器人移动的坐标数值。(参看图33）

验证没有问题，进行机器人视觉通讯程序编写，并加载到各个抓取位点，包括传递窗小车处细胞工厂抓取、操作平台上的细胞抓取、货架上的细胞抓取。执行抓取程序前需要示教每一个抓取位点前的相机拍照位点“pTakephoto”。完成后执行抓取程序，机器人带着相机首先到达拍照点“pTakephoto”，进行拍照取样，并将结果处理之后传递给机器人，机器人收到数据后相应的调整抓取点位置，之后进行抓取。

通过以上操作我们便实现了视觉系统应用于多轴机器人使用细胞工厂培养生物基质操作工艺的定位抓取功能。

视觉系统应用于多轴机器人使用细胞工厂培养生物基质操作工艺的方法，包括如下步骤：

本实例中，相机采用COGNEX智能相机is8100系列，编程软件为COGNEX官方标准软件In-sight explorer。

步骤1：将相机辅助环形光源固定于机器人前端六轴法兰上的夹具下方，利用一个与光源形状一样的圆环形固定把合支架，支架一端用四颗螺丝把合在了法兰上边，支架圆环部分与光源通过8颗两头带有螺纹的把合螺丝固定在了一起。相机安装在了光源的中心位置，相机上边照有一个塑料外壳，起到了保护相机，方便清洁的作用。相机与机器人、PLC的通讯网线通过机器人内部走线管路连接到了中央控制室的控制柜的以太网交换机上边（相机光源安装可参看图32，图33）；

步骤2：打开相机软件In-sight explorer（如图34所示），相机改为实况拍摄模式，将机器人带着相机移动到细胞工厂框架位于相机视野中心位置处，首先进行相机的畸变校正（相机视野边缘会存在精度下降的情况，称之为畸变，通过视觉调试软件自带的CalibrateGrid功能模块可有效地校正畸变情况，之后利用PatMax工具对视野中心处的细胞工厂框架前端的夹具下方用于定位的空洞位置进行定位模版的训练识别。完成之后开始建立相机像素坐标与机器人坐标系的关系转换--------机器人带着相机在相机视野范围在工具坐标系下移动任意九个点位，每次移动到一个点位进行一次拍照，并将拍照结果的像素坐标数值与机器人移动的坐标值记录在相机作业程序下。移动并记录完毕后利用In-sight explorer自带的calibrateadvanced功能函数建立机器人与相机之间的坐标联系。

步骤3：完成相机作业程序的编写之后，进行机器人与相机通讯程序的编写，并示教一个基准的拍照位点用于其他拍照位置点的坐标计算，这里我们选择操作窗前的操作平台上的细胞工厂框架前端的夹具作为拍照基准对象，距离拍照对象260毫米的前方位置处作为拍照基准点位置,示教并记录该位置点“pTakephoto”。之后的其他拍照位点均通过这个基准位置计算得出无需再一一示教，大大减少了调试的工作量。

步骤4：完成上述准备工作之后，即可进行细胞工厂抓取程序的执行了------选择抓取相关程序（传递窗小车处的抓取，操作平台位置处的细胞工厂抬起抓取、货架上的细胞工厂抓取）确定之后运行程序，机器人率先从原点“phome”点处移动到相机拍照点“pTakePhoto”点，并打开环形光源，接着进行相机通讯登录的访问，确定相机可以访问允许建立通讯连接，确认相机处于联机状态，确认相机处于正常状态没有错误发生。待确认完毕发出第一次拍照指令，相机拍照（拍照结果图可参看图37）。并对拍照结果进行处理之后将相对于基准位置的旋转角度偏移传给机器人，机器人收到数据结果进行六轴相应旋转角度的旋转。动作完毕进行相机第二次拍照，相机拍照之后同样的对结果进行处理并将相对于基准位置的水平方向、垂直方向的偏移数据传给机器人，机器人受到数据之后进行相应的水平、垂直方向的偏移调整。动作完毕机器人准备抓取，沿着拍照后的结果移动到抓取点前方80mm距离处（沿着抓取点X方向-80mm），待到达位点后以线性运动的方式，1000mm/s的位移量，20%的速度移动到抓取位点。到达抓取位点之后给出允许夹具抓取的信号，夹具气缸打开，两侧夹具吸合在一起，并判断气缸伸出检测是否检测到了气缸已经完全伸出，若检测到气缸已伸出则允许机器人抬起细胞工厂，机器人将细胞工厂抬起到抓取点上方80mm距离处（Z方向+80mm），之后移动到原点“phome”点处等待执行其他可执行的操作程序。

步骤5：机器人在执行抓取过程中判断条件的执行如果结果为正常状态则往下执行，如果结果发生错误则会发出相关报警信息提示，并中断当前动作执行等待故障被消除再次执行。例如：相机到达拍照位点“ptakephoto”处判断相机状态过程中如果相机处于通讯连接中断状态、相机未联机状态、相机发生报错状态、相机拍照错误时机器人会停在该位置不予抓取动作的往下进行，并会在人机交互系统上边显示相应的故障状态；机器人到达抓取点位置夹具气缸打开之后，气缸伸出检测会判断气缸伸出状态，如果气缸没有伸出则机器人会停在该位置点处不会执行抓取后的抬起动作，并在人机交互系统上边发出报警提示。

本发明可通过现场总线将相机、机器人控制、plc、触摸屏链接在一起，并利用TCP/IP通讯协议建立通讯连接。

本发明细胞工厂限位装置可与细胞工厂制备控制方法配合工作。细胞工厂制备控制方法根据图41-图53，说明本发明的具体步骤。本发明将多轴机器人应用于细胞工厂制备生物制品（以培养基更换为例），包括如下步骤：

步骤一，设置多轴机械手臂（1）（例如：Staubli公司的TX200机械手臂）：将多轴机械手臂（1）通过手臂固定基座（27）安装在预定位点，预定位点周围保持多轴机器人的可操作空间。将机器人一侧夹具抓手（18）通过机器人与夹具抓手把合连接件（19），使用固定螺栓与机器人连接。在多轴机器人周围可操作范围内，安置一个或多个操作位点平台（22），用于操作时暂时放置细胞工厂（9）（如果工艺中不需要放置细胞工厂（9），也可以不设置）。安置一个或多个抓取位点装置（25）。

步骤2，将需要更换培养基的细胞工厂（9），安放在细胞工厂框架内。细胞工厂框架由框架主体20构成，框架主体20内部设置有四组并排布置、用于放置细胞工厂9的竖直腔，竖直腔的上端设置有放置开口，细胞工厂9经由各竖直腔上端的放置开口放入到细胞工厂框架12内。细胞工厂框架12各竖直腔上端的放置开口的上方、细胞工厂9的上部，设置有用于压紧、固定各细胞工厂9的压板15。压板15由长条状的压板主体10构成，压板主体10的两端分别设置有用于与框架主体20侧部相卡接的卡合部11，压板主体10的下侧设置有硅胶层板。进而使用压紧板18将各细胞工厂19的位置固定住，并利用压板15两端的卡合部11、将放置在细胞工厂框架12内的细胞工厂9固定住，且通过压板15下侧硅胶层板与细胞工厂9上部的柔性接触，来防止对细胞工厂9的损伤。细胞工厂框架12的框架主体20的后侧，设置有用于放置输液管路的软管收纳盒14，且软管收纳盒14的上方还设置有夹管板（软管收纳盒14可以没有，不影响使用，主要是根据如何连接管路来确定的，如果是先连好管路，现场直接使用，用这个方便一些，如果现场连接细胞工厂的管路，就没必要用这个）。从而将用于与细胞工厂框架12内放置的各细胞工厂9分别相连的输液管路，临时收纳于软管收纳盒14内，并利用夹管板对各条管路进行夹固和捋顺，后续连接操作。细胞工厂框架12前端通过细胞工厂框架与夹具抓手连接件21与细胞工厂一侧夹具抓手13连接。

步骤3，将安置好需要更换培养基的细胞工厂9的细胞工厂框架12放置到抓取位点装置25中心空白位置处，待到位检测26检测到细胞工厂框架12到达抓取点后，可以进行下一步操作。

步骤4，操作多轴机器人1，对放置在抓取位点装置25中心空白位置处的细胞工厂框架12进行抓取。通过调对，确定位点，确定夹具抓手气缸5缩回状态，先将多轴机器人1手臂末端的夹具抓手部分3保持一定距离对准细胞工厂一侧夹具抓手13，后缓缓将夹具抓手定向导柱4推入细胞工厂一侧夹具抓手13的孔洞中，待两个夹具抓手完全贴合后，将夹具抓手气缸5弹出，使两个夹具抓手完成固定连接。操作多轴机器人1抬起细胞工厂框架12，回到预先设定好的位点（操作原点，是操作机器人运动的起始点和终止点，具体是哪里没有什么要求，只要不会发生碰撞就可以了，但需要有这个点来让机器人可以知道从哪开始，到哪里结束）。

步骤5，操作多轴机器人1，将带有需换液细胞工厂9的细胞工厂框架12放置（放置是放下在操作平台22处）或停留（停留是不放下，始终保持抓取状态）在操作位点处。连接细胞工厂和需更换液体管路以及原有液体排除容器的管路。如需放置在操作平台22处，需操作多轴机器人1先将细胞工厂框架12停留在操作平台22上方，在缓缓落下，避免撞到操作平台限位导柱23，放置到操作平台22后，将夹具抓手气缸5缩回，使两个夹具抓手断开固定连接。操作多轴机器人缓缓抽出夹具抓手部分3，使夹具抓手定向导柱4离开细胞工厂一侧夹具抓手13的孔洞，操作多轴机器人回到预先设定好的位点。

步骤6，如之前将细胞工厂框架12放置在操作平台22，需重新抓取细胞工厂框架12。通过事先调对，确定位点，确定夹具抓手气缸5缩回状态，先将多轴机器人1手臂末端的夹具抓手部分3保持一定距离对准细胞工厂一侧夹具抓手13，后缓缓将夹具抓手定向导柱4推入细胞工厂一侧夹具抓手13的孔洞中，待两个夹具抓手完全贴合后，将夹具抓手气缸5弹出，使两个夹具抓手完成固定连接。操作多轴机器人1抬起细胞工厂框架12。

步骤7，操作多轴机器人1抬起带有需换液细胞工厂9的细胞工厂框架12，并进入排液姿态。排液姿态指保持细胞工厂9和原有液体排除容器连接的一端进出液口在最低点，使得细胞工厂中的液体能够完全排空。并通过蠕动泵或负压空气泵等方式，将细胞工厂中原有的液体排出到原有液体排除容器中。

步骤8，操作多轴机器人1抬起带有需换液细胞工厂9的细胞工厂框架12，并进入加液姿态。

加液姿态指使细胞工厂9侧表面和水平面保持平行，使得液体可以平均进入细胞工厂9的每个培养层中，并且每个细胞工厂9的进出液口在下边。（每个细胞工厂有很多层培养层，有1层，2层，5层，10层40层的，每层在进出液端有开口，只要保持侧表面和水平面平行，就能使液体可以平均进入细胞工厂的每个培养层中）然后使用蠕动泵或者正压空气泵等方式将需更换液体加入到细胞工厂9中。也可以先加入需更换液体，然后操作多轴机器人1抬起带有需换液细胞工厂9的细胞工厂框架12，并进入加液姿态。加入完成后，在加液姿态待细胞工厂中液体平稳后，操作多轴机器人1细胞工厂框架12将向后倾斜，使细胞工厂9中的液体完全脱离进细胞工厂出液口，然后缓慢将细胞工厂框架12旋转直立起来，使得细胞工厂下底面和水平面平行。

步骤9，操作多轴机器人1，将带有需换液细胞工厂9的细胞工厂框架12放置（放置是放下在操作平台22处）或停留（停留是不放下，始终保持抓取状态）在操作位点处。断开细胞工厂和需更换液体管路以及原有液体排除容器的管路。如需放置在操作平台22处，需操作多轴机器人1先将细胞工厂框架12停留在操作平台22上方，在缓缓落下，避免撞到操作平台限位导柱23，放置到操作平台22后，将夹具抓手气缸5缩回，使两个夹具抓手断开固定连接。操作多轴机器人缓缓抽出夹具抓手部分3，使夹具抓手定向导柱4离开细胞工厂一侧夹具抓手13的孔洞，操作多轴机器人回到预先设定好的位点。

步骤10，如果步骤9将细胞工厂框架12放置在操作位点处，需要从新抓取细胞工厂框架12。通过事先调对，确定位点，确定夹具抓手气缸5缩回状态，先将多轴机器人1手臂末端的夹具抓手部分3保持一定距离对准细胞工厂一侧夹具抓手13，后缓缓将夹具抓手定向导柱4推入细胞工厂一侧夹具抓手13的孔洞中，待两个夹具抓手完全贴合后，将夹具抓手气缸5弹出，使两个夹具抓手完成固定连接。操作多轴机器人1抬起细胞工厂框架12。

步骤11，操作多轴机器人1，将带有需换液细胞工厂9的细胞工厂框架12放置在抓取位点装置25。需操作多轴机器人1先将细胞工厂框架12停留在抓取位点装置25上方，在缓缓落下，避免撞到操作限位导柱，放置到抓取位点装置25后，将夹具抓手气缸5缩回，使两个夹具抓手断开固定连接。操作多轴机器人缓缓抽出夹具抓手部分3，使夹具抓手定向导柱4离开细胞工厂一侧夹具抓手13的孔洞，操作多轴机器人回到预先设定好的位点。完成换液操作。

使用机器人操作细胞工厂制备生物制品，包括但不限于细胞制品、病毒制品、单克隆抗体制品，如甲肝、狂犬、乙脑、水痘、轮状病毒、出血热、森脑、腮腺炎、麻疹、风疹等疫苗产品以及其他使用细胞工厂进行培养的所有产品。

使用机器人操作细胞工厂制备生物制品适合用于几乎所有贴壁细胞生产，如Vero、MDBK、MDCK、2BS、MRC5 PK15 贴壁CHO等。具体应用领域包括人用疫苗生产，如：甲肝、EV71、水痘、狂犬、流感森脑 乙脑 出血热 流脑 腮腺炎 麻疹 风疹疫苗等。兽用疫苗，如：鸡马利克、猪瘟 猪圆环。细胞治疗领域，如：慢病毒生产 干细胞增殖。基因治疗领域，如：AAV病毒包装等。

本发明解决现有技术存在的需要大量人工操作，设备成本高，单台设备利用率低的问题。

本发明通过机器人对细胞工厂框架进行抓取、摆放，向细胞工厂内加液，从细胞工厂内向外排液、摇晃、停止动作，替代采用人工和其他固定式设备的操作来完成细胞工厂内生物基质的培养；操作灵活性高、自动化程度高。

可以理解的是，以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。