一种便捷式样本存储设备及存储方法

技术领域

本发明属于生物样本存储领域，特别涉及一种便捷式样本存储设备及存储方法。

背景技术

常规情况下，转运箱与存储设备之间的对接，往往采用人工操作或AGV与存储设备实现对接，这需要人工或AGV将转运箱放置在存储设备的传递窗内，然后再进行一对一的存储操作，但这样操作效率不高，而且不利于整体样本库的存储管理；此外，常规的液氮罐上方的操作机构是三轴坐标机构，重量及成本较高，不利于实际实验室使用。

发明内容

本发明的一个目的在于克服现有技术中的不足，提出：一种便捷式样本存储设备，包括：

运输装置，用于承载存储有样本的转运箱；

存储设备本体，用于样本的存储；

传输对接装置，用于传输所述运输装置承载的存储有样本的转运箱并将所述转运箱与所述存储设备本体对接，以利于所述存储设备本体进行样本存储。

还包括：

隔离装置，用于将所述运输装置、所述传输对接装置、所述存储设备本体与外界进行无菌隔离。

所述运输装置包括:

小车，所述小车包括小车外壳，所述小车外壳的上表面设有用于承载所述转运箱的转运托盘；

滑槽，安装在所述小车外壳的下底面并与所述传输对接装置中的轨道配合，用于限定所述小车沿所述轨道的行进轨迹；

驱动轮组，安装在所述小车外壳的下底面并与所述传输对接装置靠接，用于驱动所述小车沿所述轨道的往复运动；

激光传感器测距模块，安装在所述小车外壳的行进方向一侧，用于感知所述小车的行进就位位置；

无线控制模块，安装在所述小车外壳的下底面，接收所述激光传感器测距模块的信号，用于所述驱动轮组的启动和停止的控制；

无线充电模块，安装在所述小车外壳的下底面，用于对所述驱动轮组、所述激光传感器测距模块、所述无线控制模块进行供电。

所述转运托盘为矩形盘状体，在所述矩形盘状体的四个角上设有限位装置，所述限位装置与所述转运箱靠接。

所述限位装置为柱状的限位杆，所述限位杆垂直安装在所述矩形盘状的盘面上，所述限位杆与所述转运箱靠接。

所述转运托盘的盘面上设有定位凹槽，所述定位凹槽与所述转运箱的底部配合靠接。

所述转运托盘与所述轨道平行的两侧边上设有水平突沿。

所述存储设备本体包括：

罐体组件，包括：

罐体，呈桶状结构，用于存储含有样本的冻存管；

罐塞，位于所述罐体顶部并与所述罐体顶部设有的存取通道配合；

第一驱动电机，设置在所述罐体顶部，其输出轴穿过罐体顶部直达罐内；

中心转轴，沿所述罐体的轴向方向设置在罐体内部，该中心转轴下端与所述罐体内底面的轴承座滚动连接，顶部与所述第一驱动电机的输出轴经链传动连接；

外围框架，呈柱状结构，靠接在所述罐体的外侧；

基准板，与所述罐体的顶部共面且与所述外围框架的上端连接；

罐塞开盖机构，设置在所述罐体的顶部，用于打开和关闭所述罐塞；

移动式开盖机构，设置在所述基准板上，用于打开所述转运箱的上盖；

机械吸取装置，设置在所述基准板上，包括机械臂以及与所述机械臂前端连接的吸取机构，用于提取或存储冻存管；

阀门组件，包括与所述罐体内部连接的控制阀，用于保障罐体内低温介质的供给，所述低温介质为液氮；

电控箱，包括控制单元，所述第一驱动电机、罐塞开盖机构、移动式开盖机构、机械吸取装置、阀门组件均与所述控制单元电连接；

外壳，用于罩在所述罐体组件的外部，所述外壳在设置于上方的所述罐塞开盖机构与设置于下方的所述传输对接装置之间的壳体上设有工作窗，在所述工作窗下方的外壳上嵌有控制器，所述控制器与所述电控箱的控制单元电连接；

底座，包括设有的轮组和地脚螺栓，所述电控箱安装在所述底座上表面，所述底座与外围框架的下端连接，还与所述外壳的下沿连接。

所述罐塞开盖机构,包括：

支撑杆，垂直设置在所述罐体的顶部；

旋转升降臂，一端与所述支撑杆的上端连接，远离所述支撑杆的另一端与所述罐塞连接，通过旋转和升降动作，实现罐塞的打开和关闭。

所述移动式开盖机构，包括：

底框，为四边形结构，形成所述转运箱的盖体提取通道，设置在所述基准板的板面上，并与所述基准板上开设的上下镂空通孔配合；

导向板，包括：

两个平面立板，板面左右相对且平行设置在所述底框的左右两侧边的上部；

导向槽，分别设置在所述两个平面立板的相对的平面上，呈横向的F，包括水平槽和两个下沉的构成Z向滑道的竖向槽，两个下沉的构成Z向滑道的竖向槽位于板面左右相对且平行设置的两个平面立板的近前端一侧；

磁吸式开盖板，包括：

设置的第一水平平板，

滑轮，设置在所述第一水平平板的左右两侧边，与所述导向槽配合；

电磁铁，设置在所述第一水平平板的上表面，用于满足对转运箱的盖体的电磁吸附；

移动板，包括：

设置的第二水平平板；

移动块，与所述第二水平平板的左侧边固接，用于带动所述第二水平平板行进；

导轨，安装在所述导向板中的两个平面立板中的左侧的平面立板的外侧面上，所述移动块与所述导轨活动连接；

第二驱动电机；与所述导轨连接，用于驱动所述移动块带动所述第二水平平板水平移动；

升降开盖机构，包括:

开盖电缸，包括缸体和缸杆端，所述缸体与所述移动板的第二水平平板固定安装，所述缸杆端与所述磁吸式开盖板中设置的第一水平平板固定连接，用于配合所述第一水平平板位于所述导向槽的两个下沉的竖向槽中的上升和下降运动。

所述机械吸取装置,包括：

机械臂，为四自由度或六自由度的机械臂；安装在所述罐体的罐塞和所述移动式开盖机构两者之间的所述基准板上；

吸取机构，包括：

吸头基座，安装在所述机械臂的执行端，实现与机械臂的连接；

滑块座，安装在所述吸头基座上，

中空磁杆，作为电机定子，通过所述滑块座安装固定；

直线电机，作为与所述中空磁杆配合的电机动子；

吸管，通过与气源连接并在管口形成真空吸盘效果；

储液筒，设置并包裹在所述吸管外围，用于为吸管保持低温，实现全程转运冷链作用；

原点探针，安装在所述吸头基座的侧壁上，用于提取冻存管定位判断；

压缩弹簧，连接在所述直线电机和所述滑块座之间，用于缓冲和保障所述直线电机的平稳运行；

视觉模块，安装在所述吸取机构的正上方，用于对提取和存储冻存管的过程中的目标和路径的模式识别。

所述传输对接装置包括，

支撑板，水平设置并与所述罐体外侧的外围框架连接；

轨道，包括向左右方向延伸的平行设置的双轨道，安装在所述支撑板的上表面，用于与所述滑槽配合；

舱道，设置在所述支撑板与所述驱动轮组相对应位置，用于为所述驱动轮组提供行进路面；

升降机构，包括：

驱动电缸，竖直安装在所述罐体外侧的外围框架上的；

升降台，呈柱状结构，与所述驱动电缸连接；用于将所述转运托盘连同其上的转运箱进行举升和降落。

所述升降台包括在铅锤方向上，设置在所述轨道的两外侧边的第一立臂、第二立臂，所述第一立臂、第二立臂的上端与所述转运托盘与所述轨道平行的两侧边沿上设有的水平突沿配合，所述第一立臂、第二立臂的下端相互连接并与所述驱动电缸的移动滑座连接，在所述第一立臂、第二立臂的侧臂上在铅锤方向上分别设有滑道，各个所述滑道分别与对应设置在所述存储设备本体的外壳内壁上的导向块滑动配合。

所述罐体的上端上还设有蘸氮杯，所述蘸氮杯内盛有液氮，所述蘸氮杯与设有的加液管连接。

所述隔离装置包括墙体，所述墙体上设有供所述传输对接装置运行的工作传递窗口。

所述传输对接装置为传送带。

所述无线控制模块包括WiFi无线控制模块。

所述存储设备本体包括的罐体组件中的中心转轴靠近上端部设有存储盘。

所述存储盘上设有用于存储冻存管的存放铝管。

一种便捷式样本存储设备的存储方法，包括的步骤如下：

1)在起隔离作用的所述墙体外，实验人员将存储样本的转运箱放置在所述运输装置的转运托盘上，并与所述限位杆和定位凹槽配合就位；

2)所述运输装置承载所述转运箱，经所述传输对接装置运行，途径所述墙体上设有的供所述传输对接装置运行的工作传递窗口，抵达所述存储设备本体的移动式开盖机构下方；

3)所述传输对接装置中的升降机构将所述转运箱进行举升，使所述转运箱的上盖与所述移动式开盖机构对接，所述移动式开盖机构利用包括的磁吸式开盖板对所述转运箱上盖进行磁吸，同时利用包括的升降开盖机构对所述转运箱上盖进行开启；

4)在视觉模块的辅助定位下，所述机械吸取装置对所述转运箱内的冻存管进行单支式提取或放置，当所述机械臂前端的所述吸取机构提取到冻存管后，需要将所述机械臂转到蘸氮杯内沾一下液氮，以保持吸取机构管口位置的温度，实现更好的全程转运冷链；

5)所述存储设备本体包括的罐塞开盖机构打开罐塞，所述机械臂将吸取机构移入罐体内，然后吸取机构继续使吸取管进一步向下运动，将冻存管放入罐体内的存放铝管内，实现冻存管的存储；提取冻存管环节同理。

工作原理：

利用传输对接装置将所述运输装置上承载的转运箱与用于样本的存储的存储设备本体之间建立起传输桥梁，实现在无人工干预下，使转运箱与所述存储设备本体之间的对接，减少不必要的样本存储步骤；利用如墙体形成隔离装置，使所述存储设备本体与外界进行无菌隔离，实现高效、可靠的样本存储。同样，该装置同样适用存储样本的提取工作，实现双向高效的样本存取操作。

针对性的采用机械臂实现多方位的操作，替代了三轴坐标机构对转运中的样本冻存管操作，降低设备成本，减轻设备重量；通过转运箱与运输传输装置及传输对接装置中的升降机构之间的配合，可快速实现多对多的存储功能，提高样本存储效率，提高样本库的存储管理效率。

本申请专门设置传输对接装置，可实现转运箱与储存设备的快速对接，提高存储效率；存储设备本体中采用机械臂实现多方位的操作，替代了三轴坐标机构，降低设备成本，减轻设备重量；本体内设有蜂巢式的存储盘，可大量存储铝管，增大冻存管的存储量。通过转运箱与运输传输装置及传输对接装置中的升降机构之间的配合，可快速实现多对多的存储功能，提高样本存储效率，提高样本库的存储管理效率。

发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解；

图1为存储设备立体结构示意图；

图2为存储设备的外壳与内部机构分离示意图；

图3为图2存储设备内部机构立体结构示意图；

图4为图3的剖视示意图；

图5为存储设备中的移动式开盖机构的立体结构示意图；

图6为存储设备中的传输对接装置的立体结构示意图；

图7为存储设备中的运输装置的立体结构示意图；

图8为存储设备中的存储设备本体中基准板之上部分的立体结构示意图；

其中:

1-隔离装置，2-运输装置，3-存储设备本体，4-传输对接装置，5-控制器，6-转运托盘；

100-转运箱，1001-盖体；

21-小车外壳，22-滑槽，23-限位杆，24-驱动轮组，25-无线充电模块，26-激光传感器测距模块，27-无线控制模块；

31-外壳，32-基准板，33-罐体组件，34-轮组，35-电控箱；

300-蘸氮杯；

321-阀门组件，322-罐塞开盖机构，323-罐塞，324-机械臂，325-吸取机构，326-移动式开盖机构，327-视觉模块；

3221-支撑杆，3222-旋转升降臂；

3251-吸头基座，3252-滑块座，3253-中空磁杆，3254-直线电机，3255-吸管，3256-储液筒，3257-原点探针，3258-压缩弹簧；

3261-导轨，3262-第二驱动电机，3263-导向板，3264-底框，3265-升降开盖机构，3266-电磁铁，3267-滑轮，3268-导向槽，3269-Z向滑道；

32641-盖体提取通道；

32651-移动板，32652-开盖电缸，32653-磁吸式开盖板，32654-移动块；

331-双层真空罐体，332-中心转轴，333-存储盘，334-第一驱动电机，335-存取通道；

400-加液管；

41-支撑板，42-舱道，43-轨道，44-移动滑座，45-驱动电缸，46-升降台，47-导向块；

461-滑道。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。下面结合附图进一步说明；

图1至图8中，提供了一种便捷式样本存储设备，包括：

运输装置2，用于承载存储有样本的转运箱100；

存储设备本体3，用于样本的存储；

传输对接装置4，用于传输所述运输装置2承载的存储有样本的转运箱100并将所述转运箱100与所述存储设备本体3对接，以利于所述存储设备本体3进行样本存储。

图1中另一个实施例为所述的一种便捷式样本存储设备还包括：

隔离装置1，用于将所述运输装置2、所述传输对接装置4、所述存储设备本体3与外界进行无菌隔离。

所述运输装置2包括:

小车，所述小车包括小车外壳21，所述小车外壳21的上表面设有用于承载所述转运箱100的转运托盘6；

滑槽22，安装在所述小车外壳21的下底面并与所述传输对接装置4中的轨道43配合，用于限定所述小车沿所述轨道43的行进轨迹；

驱动轮组24，安装在所述小车外壳21的下底面并与所述传输对接装置4靠接，用于驱动所述小车沿所述轨道43的往复运动；

激光传感器测距模块26，安装在所述小车外壳21的行进方向一侧，用于感知所述小车的行进就位位置；

无线控制模块27，安装在所述小车外壳21的下底面，接收所述激光传感器测距模块26的信号，用于所述驱动轮组24的启动和停止的控制；

无线充电模块25，安装在所述小车外壳21的下底面，用于对所述驱动轮组24、所述激光传感器测距模块26、所述无线控制模块27进行供电。

转运托盘6为矩形盘状体，在所述矩形盘状体的四个角上设有限位装置，所述限位装置与所述转运箱100靠接。

限位装置为柱状的限位杆23，所述限位杆23垂直安装在所述矩形盘状的盘面上，所述限位杆23与所述转运箱100靠接。

转运托盘6的盘面上设有定位凹槽，所述定位凹槽与所述转运箱100的底部配合靠接。

转运托盘6与所述轨道43平行的两侧边上设有水平突沿。

存储设备本体3包括：

罐体组件33，包括：

罐体，呈桶状结构，用于存储含有样本的冻存管；

罐塞323，位于所述罐体顶部并与所述罐体顶部设有的存取通道335配合；

第一驱动电机334，设置在所述罐体顶部，其输出轴穿过罐体顶部直达罐内；

中心转轴332，沿所述罐体的轴向方向设置在罐体内部，该中心转轴332下端与所述罐体内底面的轴承座滚动连接，顶部与所述第一驱动电机334的输出轴经链传动连接；

外围框架，呈柱状结构，靠接在所述罐体的外侧；

基准板32，与所述罐体的顶部共面且与所述外围框架的上端连接；

罐塞开盖机构322，设置在所述罐体的顶部，用于打开和关闭所述罐塞323；

移动式开盖机构326，设置在所述基准板32上，用于打开所述转运箱100的上盖；

机械吸取装置，设置在所述基准板32上，包括机械臂324以及与所述机械臂324前端连接的吸取机构325，用于提取或存储冻存管；

阀门组件321，包括与所述罐体内部连接的控制阀，用于保障罐体内低温介质的供给，所述低温介质为液氮；

电控箱35，包括控制单元，所述第一驱动电机334、罐塞开盖机构322、移动式开盖机构326、机械吸取装置、阀门组件321均与所述控制单元电连接；

外壳31，用于罩在所述罐体组件33的外部，所述外壳31在设置于上方的所述罐塞开盖机构322与设置于下方的所述传输对接装置4之间的壳体上设有工作窗，在所述工作窗下方的外壳31上嵌有控制器5，所述控制器5与所述电控箱35的控制单元电连接；

底座，包括设有的轮组34和地脚螺栓，所述电控箱35安装在所述底座上表面，所述底座与外围框架的下端连接，还与所述外壳31的下沿连接。

罐塞开盖机构322包括：支撑杆3221，垂直设置在所述罐体的顶部；

旋转升降臂3222，一端与所述支撑杆3221的上端连接，远离所述支撑杆3221的另一端与所述罐塞323连接，通过旋转和升降动作，实现罐塞323的打开和关闭。

移动式开盖机构326，包括：

底框3264，为四边形结构，形成所述转运箱100的盖体提取通道32641，设置在所述基准板32的板面上，并与所述基准板32上开设的上下镂空通孔配合；

导向板3263，包括：

两个平面立板，板面左右相对且平行设置在所述底框3264的左右两侧边的上部；

导向槽3268，分别设置在所述两个平面立板的相对的平面上，呈横向的F，包括水平槽和两个下沉的构成Z向滑道3269的竖向槽，两个下沉的构成Z向滑道3269的竖向槽位于板面左右相对且平行设置的两个平面立板的近前端一侧；

磁吸式开盖板32653，包括：

设置的第一水平平板，

滑轮3267，设置在所述第一水平平板的左右两侧边，与所述导向槽3268配合；

电磁铁3266，设置在所述第一水平平板的上表面，用于满足对转运箱100的盖体1001的电磁吸附；

移动板32651，包括：

设置的第二水平平板；

移动块32654，与所述第二水平平板的左侧边固接，用于带动所述第二水平平板行进；

导轨3261，安装在所述导向板3263中的两个平面立板中的左侧的平面立板的外侧面上，所述移动块32654与所述导轨3261活动连接；

第二驱动电机3262；与所述导轨3261连接，用于驱动所述移动块32654带动所述第二水平平板水平移动；

升降开盖机构3265，包括:

开盖电缸32652，包括缸体和缸杆端，所述缸体与所述移动板32651的第二水平平板固定安装，所述缸杆端与所述磁吸式开盖板32653中设置的第一水平平板固定连接，用于配合所述第一水平平板位于所述导向槽3268的两个下沉的竖向槽中的上升和下降运动。

机械吸取装置,包括：

机械臂324，为四自由度或六自由度的机械臂324；安装在所述罐体的罐塞323和所述移动式开盖机构326两者之间的所述基准板32上；

吸取机构325，包括：

吸头基座3251，安装在所述机械臂324的执行端，实现与机械臂324的连接；

滑块座3252，安装在所述吸头基座3251上，

中空磁杆3253，作为电机定子，通过所述滑块座3252安装固定；

直线电机3254，作为与所述中空磁杆3253配合的电机动子；

吸管3255，通过与气源连接并在管口形成真空吸盘效果；

储液筒3256，设置并包裹在所述吸管3255外围，用于为吸管3255保持低温，实现全程转运冷链作用；

原点探针3257，安装在所述吸头基座3251的侧壁上，用于提取冻存管定位判断；

压缩弹簧3258，连接在所述直线电机3254和所述滑块座3252之间，用于缓冲和保障所述直线电机3254的平稳运行；

视觉模块327，安装在所述吸取机构325的正上方，用于对提取和存储冻存管的过程中的目标和路径的模式识别。

传输对接装置4包括，

支撑板41，水平设置并与所述罐体外侧的外围框架连接；

轨道43，包括向左右方向延伸的平行设置的双轨道，安装在所述支撑板41的上表面，用于与所述滑槽22配合；

舱道42，设置在所述支撑板41与所述驱动轮组24相对应位置，用于为所述驱动轮组24提供行进路面；

升降机构，包括：

驱动电缸45，竖直安装在所述罐体外侧的外围框架上的；

升降台46，呈柱状结构，与所述驱动电缸45连接；用于将所述转运托盘6连同其上的转运箱100进行举升和降落。

升降台46包括在铅锤方向上，设置在所述轨道43的两外侧边的第一立臂、第二立臂，所述第一立臂、第二立臂的上端与所述转运托盘6与所述轨道43平行的两侧边沿上设有的水平突沿配合，所述第一立臂、第二立臂的下端相互连接并与所述驱动电缸45的移动滑座44连接，在所述第一立臂、第二立臂的侧臂上在铅锤方向上分别设有滑道461，各个所述滑道461分别与对应设置在所述存储设备本体3的外壳31内壁上的导向块47滑动配合。

罐体的上端上还设有蘸氮杯300，所述蘸氮杯300内盛有液氮，所述蘸氮杯300与设有的加液管400连接。

隔离装置1包括墙体，所述墙体上设有供所述传输对接装置4运行的工作传递窗口。

这里，传输对接装置4为传送带作为所述传输对接装置4采用轨道43方式的另一个实施例。罐体可采用双层真空罐体331，更有利于保温。

无线控制模块27包括WiFi无线控制模块27，这里所述外壳31上嵌有控制器5与WiFi无线控制模块27通信，实现对所述驱动轮组24、所述激光传感器测距模块26的控制。

存储设备本体3包括的罐体组件33中的中心转轴332靠近上端部设有存储盘333。

存储盘333上设有用于存储冻存管的存放铝管。

一种便捷式样本存储设备的存储方法，包括的步骤如下：

1)在起隔离作用的所述墙体外，实验人员将存储样本的转运箱100放置在所述运输装置2的转运托盘6上，并与所述限位杆23和定位凹槽配合就位；

2)所述运输装置2承载所述转运箱100，经所述传输对接装置4运行，途径所述墙体上设有的供所述传输对接装置4运行的工作传递窗口，抵达所述存储设备本体3的移动式开盖机构326下方；

3)所述传输对接装置4中的升降机构将所述转运箱100进行举升，使所述转运箱100的上盖与所述移动式开盖机构326对接，所述移动式开盖机构326利用包括的磁吸式开盖板32653对所述转运箱100上盖进行磁吸，同时利用包括的升降开盖机构3265对所述转运箱100上盖进行开启；

4)在视觉模块327的辅助定位下，所述机械吸取装置对所述转运箱100内的冻存管进行单支式提取或放置，当所述机械臂324前端的所述吸取机构325提取到冻存管后，需要将所述机械臂324转到蘸氮杯300内沾一下液氮，以保持吸取机构325管口位置的温度，实现更好的全程转运冷链；

5)所述存储设备本体3包括的罐塞开盖机构322打开罐塞323，所述机械臂324将吸取机构325移入罐体内，然后吸取机构325继续使吸取管进一步向下运动，将冻存管放入罐体内的存放铝管内，实现冻存管的存储；提取冻存管环节同理。

设置的移动式开盖机构326的具体工作原理：传输对接装置4的升降机构将转运箱100举升至移动式开盖机构326的盖体提取通道32641下方，升降机构停止。移动式开盖机构326的第二驱动电机3262驱动移动板32651和磁吸式开盖板32653沿着导向槽3268移动，当磁吸式开盖板32653移动至导向槽3268的Z向滑道3269时，第二驱动电机3262停止，开盖电缸32652启动，使得磁吸式开盖板32653沿着导向槽3268的Z向滑道3269下沉槽向下运动，当磁吸式开盖板32653下降至转运箱100盖体1001上方时，开盖电缸32652停止，此时磁吸式开盖板32653上的电磁铁3266启动并吸附住转运箱100盖体1001，开盖电缸32652再次启动，带动转运箱100盖体1001沿着Z向滑道3269向上运动，再沿着导向槽3268回到起始点，从而实现开盖功能。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”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一定指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。尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，都属于本发明的保护范围。