一种全自动智能机器人核酸采样、检测分析一体工作站

技术领域

本发明涉及医疗检测设备技术领域，具体涉及一种全自动智能机器人核酸采样、检测分析一体工作站。

背景技术

开展核酸检测，对及早侦检、明确标的、确定方向、有效应对、保障安全、复工复产、恢复经济和促进经济社会发展都具有重大的现实意义和深远的历史意义。

但现有样本采集检测过程，由于存在人员密集交叉、程序繁琐、防护不严、环节分离、时效延迟等诸多问题，特别是最常用的咽拭子采样等方法，存在采集过程交叉感染风险高、采集方法因人为因素参差不齐、以及采集样本送件存储等问题，极大影响了病毒检测的安全性和效率。

发明内容

本发明旨在解决现有技术中存在的技术问题，特别创新地提出了一种全自动智能机器人核酸采样、检测分析一体工作站，能够自助采集核酸并直接进行核酸检测分析，无需转运至其他地方，不会在转运过程中产生的感染的情况，同时还能接收从其他地方采集的核酸样本进行检测。

为了实现本发明的上述目的，本发明提供了一种全自动智能机器人核酸采样、检测分析一体工作站，包括从左向右依次设有多个单元隔间的活动板房，所述单元隔间从左向右依次为采样室、采样试管上料室、标本制备室和检测及标本处理室，相邻的两个单元隔间之间均设有传递机构，所述采样试管上料室、标本制备室和检测及标本处理室均为密闭空间，每个所述单元隔间的墙体上对应传递机构均设有隔墙传输孔，所述传递机构包括位于隔墙传输孔底部并左右延伸的传送带，设置在隔墙传输孔内的并将传输带一分为二成为两段式传输带的气密门；

在所述传输带旁设置有通过支架固定的光电传感器一和光电传感器二，所述光电传感器一、光电传感器二分别设置于墙体的两侧，分别用于自动识别两段式传输带物料起始位、物料终点位上是否存在物料，并与两段式传输带动作机构联动；

所述采样室内设有用于贴上待检人员信息的采样管自动打码机以及带有人脸识别功能的核酸采样机器人，所述核酸采样机器人通过隔离围板围设在采样室的右侧墙角内，使得与其他区域隔开，该区域为采样区，其他区域为采样管准备区，所述采样管准备区的板房墙体上设有入户门，采样管准备区与采样区之间连接有用于传输采样管的采样管架送料模组，所述采样区的板房墙体上开设有采样窗口，所述采样窗口上还设有用于人机交互的智能一体机，所述智能一体机电连接有智能服务器，所述采样管自动打码机数据传输端与智能一体机数据传输端连接；

所述采样试管上料室内设有用于连接左右两侧的传递机构的传输机构，所述采样试管上料室的板房墙体上开设有处于常闭状态的外送样本传递窗，通过外送样本传递窗将别处采集的核酸样本放到传输机构上。

上述方案中：所述标本制备室内设有核酸提取仪上/下料臂以及围绕核酸提取仪上/下料臂设置的核酸提取仪和移液/封膜设备，通过所述核酸提取仪上/下料臂将核酸提取仪提取出的标本、分离出的废液以及采样管废料移动至标本制备室和检测及标本处理室之间的传递机构上；

所述检测及标本处理室内设有PCR上/下料臂以及围绕PCR上/下料臂设置的PCR检测仪、标本暂存架和高压灭菌锅，所述PCR检测仪检测结果数据发送端连接智能一体机检测结果数据接收端，所述检测及标本处理室的右侧板房墙体上开设有供高压灭菌锅嵌入安装的安装口，且高压灭菌锅的排出口位于活动板房外，所述标本暂存架和高压灭菌锅之间连接有灭菌物品传递模组；

所述采样管准备区内设有采样管架支架和采样管架上料臂，通过所述采样管架上料臂将采样管架放在采样管架送料模组上，所述采样区与采样试管上料室之间的传递机构为采样管架出料模组，所述采样管架出料模组与采样管架送料模组之间连接有采样传送带；

所述采样试管上料室与标本制备室之间的传递机构为待检采样管架出料模组，所述采样试管上料室内对应外送样本传递窗设有外送采样管架，所述外送采样管架与待检采样管架出料模组之间连接有外送采样管架传输带。

上述方案中：所述标本制备室还连通有耗材及设备准备室，所述耗材及设备准备室内设有耗材支架和耗材取料臂，所述耗材及设备准备室与标本制备室之间连通有耗材送料模组，通过耗材取料臂将耗材支架上的耗材放在耗材送料模组上；

所述标本制备室内对应耗材送料模组和待检采样管架出料模组均设置有送料传送带，所述标本制备室和检测及标本处理室之间的传递机构包括PCR送料模组、废料传递模组和采样管废料传输模组，所述移液/封膜设备的出料端与PCR送料模组连通，所述PCR送料模组的末端和采样管废料传输模组的末端均伸到检测及标本处理室内，通过PCR送料模组和采样管废料传输模组分别将封存的样本及采样管废料送至检测及标本处理室进行处理。

上述方案中：所述采样试管上料室与耗材及设备准备室设置在同一个单元隔间内，并且前后紧邻设置，所述采样区也设置在采样室的前侧，合理运用空间。

上述方案中：所述采样区、采样试管上料室、标本制备室和检测及标本处理室的板房墙体上均设有检修口，便于工作人员进入室内进行检修。

上述方案中：所述采样窗口外设有活动遮阳装置，便于进行核酸检测的人进行遮雨遮阳。

上述方案中：所述采样室的左侧还设有设备间，所述智能服务器设置在设备间中，每个单元隔间内均设有监控设备，所有监控设备的监控数据均传输至设备间，所述设备间设有入户门。

上述方案中：所述隔墙传输孔孔口两端的上侧、左侧、右侧设置的紫外线灭菌灯，隔墙传输孔气压高的孔口端即物料起始位一侧上方设置的空气幕机；空气幕机用于空气隔绝，在高压房间到低压房间隔绝的基础上，起到双重隔绝的作用。

上述方案中：所述传输带为两段式传输带，分别设置于墙体的两侧；

所述传输带包括：设置于两段式传输带下方的两段式传输带动作机构、两段式传输带支架。

上述方案中：所述气密门配备限位开关，保护气密门电机的安全；气密门、两段式传输带均配置可强制改变工作状态的控制按钮。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：设置的核酸采样机器人和智能一体机可供自助采样，并且带有人脸识别功能的核酸采样机器人，避免误检；常闭设置的传递门以及密闭设置的采样区、采样试管上料室、标本制备室和检测及标本处理室，能够尽可能保障核酸采集、提取和检测系统采用全自动化的全封闭“样本进、结果出”形式，尽可能避免操作失误、降低人员感染风险；无须转移至其他检测机构处，采集完毕后即可检测，提高检测效率；检测完毕后，立即灭菌消杀，安全性能不低于临床常规核酸检测及POCT式封闭检测，防污染、低或无生物安全危害。

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，其中：

图1是本发明的活动板房的示意图；

图2是本发明的结构示意图；

图3为本发明的传递机构的结构示意图。

图4为本发明传递机构的主视结构示意图。

图5为本发明传递机构的工作流程图。

图6为本发明的两段式传输带部分控制原理图。

图7为本发明的气密门控制原理图。

图8为本发明的空气幕机控制原理图。

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。

如图1～图2所示，一种全自动智能机器人核酸采样、检测分析一体工作站，包括从左向右依次设有多个单元隔间的活动板房。单元隔间从左向右依次为采样室、采样试管上料室S7、标本制备室S4和检测及标本处理室S5，相邻的两个单元隔间之间均设有仅能将采集核酸样本从左侧单元隔间传递至右侧单元隔间内的传递机构。采样试管上料室S7、标本制备室S4和检测及标本处理室S5均为密闭空间。为了保障核酸样本稳定传递，相邻的单元隔间共用的墙体上对应传递机构均设置有隔墙传输孔A10，传递机构包括位于隔墙传输孔A10底部并左右延伸的传输带，设置在隔墙传输孔A10内的并将传输带一分为二成为两段式传输带A5的气密门A1；仅在核酸样本传递时才打开，减少单元隔间之间的空气流通，避免交叉感染。为了进一步避免交叉感染，隔墙传输孔A10孔口两端的上侧、左侧、右侧设置的紫外线灭菌灯A4，隔墙传输孔A10气压高的孔口端上方设置的空气幕机A3。气密门A1配备限位开关，保护气密门A1电机的安全，气密门A1与隔墙传输孔A10连接处采用聚氨酯橡胶材料。

在传输带旁设置有通过支架A9固定的光电传感器一A8和光电传感器二A11，光电传感器一A8、光电传感器二A11分别设置于墙体的两侧，分别用于自动识别两段式传输带A5物料起始位A6、物料终点位A12上是否存在物料，并与两段式传输带动作机构A7联动。

传输带为两段式传输带A5，分别设置于墙体的两侧；传输带包括：设置于两段式传输带A5下方的两段式传输带动作机构A7、两段式传输带支架A13。

采样室内设有带人脸识别功能的核酸采样机器人4，核酸采样机器人4通过隔离围板围设在采样室的前右侧的墙角内，使得与其他区域隔开，该区域为采样区S6，其他区域为采样管准备区S2。采样管准备区S2的板房墙体上设有入户门J1，采样管准备区S2与采样区S6之间连接有用于传输采样管的采样管架送料模组24，可供医护人员人工在采样管准备区S2准备好采样管后再传递至采样区S6，以补给采集耗材。对应的，采样管架送料模组24的两端也设有传递门。

最好是，采样管准备区S2内还设有采样管架支架23和采样管架上料臂25，通过采样管架上料臂25自动将采样管架26放在采样管架送料模组24上，提高自动化程度，进一步减少人工投入，提高防护效果。

采样区S6的前侧开设有采样窗口，采样窗口上还设有用于人机交互的智能一体机3，智能一体机3电连接有智能服务器1。采样区S6内还设有采样管自动打码机2，采样管自动打码机2数据传输端与智能一体机3数据传输端连接，采样管自动打码机2用于将从智能一体机3获取的待检人员信息贴在采样管上。采样管自动打码机2上设有用于存储采样管的存储箱。

采样区S6与采样试管上料室S7之间的传递机构为采样管架出料模组5，采样管架出料模组5与采样管架送料模组24之间连接有采样传送带。

核酸采集时，核酸采样机器人4取下采样管自动打码机2上粘贴好信息的采样管后，再进行核酸采集。核酸采集完毕后，再将采样管放置在采样管架26上，经采样管架出料模组5传送至采样试管上料室S7。

采样试管上料室S7内设有用于连接左右两侧的传递机构的传输机构，采样试管上料室S7的板房墙体上开设有处于常闭状态的外送样本传递窗J5，通过外送样本传递窗J5将别处采集的核酸样本放到传输机构上。采样试管上料室S7与标本制备室S4之间的传递机构为待检采样管架出料模组8，采样试管上料室S7内对应外送样本传递窗J5设有外送采样管架6，外送采样管架6与待检采样管架出料模组8之间连接有外送采样管架传输带7。

标本制备室S4还连通有耗材及设备准备室S3，耗材及设备准备室S3内设有耗材支架21和耗材取料臂22，耗材及设备准备室S3与标本制备室S4之间连通有耗材送料模组20，通过耗材取料臂22自动将耗材支架21上的耗材放在耗材送料模组20上，以及时向标本制备室S4补给耗材。

其中，采样试管上料室S7与耗材及设备准备室S3设置在同一个单元隔间内，并且前后紧邻设置，采样区S6也设置在采样室的前侧，合理运用空间。

标本制备室S4内对应耗材送料模组20和待检采样管架出料模组8均设置有送料传送带。标本制备室S4内居中设有核酸提取仪上/下料臂10，且核酸提取仪上/下料臂10左侧设有核酸提取仪9，通过核酸提取仪上/下料臂10将送料传送带上的耗材以及待检采样管放置到核酸提取仪9中提取核酸样本。

核酸提取仪上/下料臂10右侧设有移液/封膜设备19，标本制备室S4和检测及标本处理室S5之间的传递机构包括PCR送料模组18、废料传递模组11和采样管废料传输模组12，移液/封膜设备19的出料端与PCR送料模组18连通。PCR送料模组18的末端和采样管废料传输模组12的末端均伸到检测及标本处理室S5内。、待核酸提取仪9提取出标本后，再通过核酸提取仪上/下料臂10将标本、分离出的废液以及采样管废料对应移动至移液/封膜设备19、废料传递模组11和采样管废料传输模组12。标本封膜完毕后，通过PCR送料模组18和采样管废料传输模组12分别将封存的样本及采样管废料送至检测及标本处理室S5进行处理。

检测及标本处理室S5内设有PCR上/下料臂14以及围绕PCR上/下料臂14设置的PCR检测仪13、标本暂存架17和高压灭菌锅16，PCR检测仪13检测结果数据发送端连接智能一体机3检测结果数据接收端，检测及标本处理室S5的右侧板房墙体上开设有供高压灭菌锅16嵌入安装的安装口，且高压灭菌锅16的排出口位于活动板房外，标本暂存架17和高压灭菌锅16之间连接有灭菌物品传递模组15。

为了保障设备稳定运行，最好是，采样区S6、采样试管上料室S7、标本制备室S4和检测及标本处理室S5的板房墙体上均设有检修口J4，便于工作人员定时进入室内进行检修。

最好是，采样窗口外设有活动遮阳装置J2，便于进行核酸检测的人进行遮雨遮阳。

其中，采样室的左侧还设有设备间S1，智能服务器设置在设备间S1中，每个单元隔间内均设有监控设备27，所有监控设备27的监控数据均传输至设备间S1，设备间S1设有入户门。

使用前，先通过人工将采样管架26依次摆放至采样管架支架23上指定位置，将空采样试管放至采样管自动打码机2中的存储箱中，同时还需要将耗材依次放至耗材支架21上的指定位置。

开始使用，采样管架上料臂25按照设定程序自动将采样管架26送至采样管架送料模组24，采样管架送料模组24自动将采样管架26送至核酸采样机器人4处的指定位置，被检人在智能一体机3上登记信息后移动至核酸采样窗口，采样管自动打码机2根据被检人登记信息自动将身份识别码贴在空采样试管上后自动送至核酸采样机器人4处备用。核酸采样机器人4根据其手臂上的人脸识别功能自动精准采集被检人的核酸样本，并存于采样管自动打码机2送来的空采样试管中，随后将其依次放至采样管架26上。

核酸采样机器人4均具备单检和混检功能，待核酸采样机器人4处的采样管架26装满后，采样管架送料模组24将采样管架26送至采样管架出料模组5。

其中，如果有外送采样管架6，则由外送样本传递窗J5依次摆放至采样管架传递装置7上，采样管架出料模组5与采样管架传递装置7联动，采样管架传递装置7自动将采样管架26、外送采样管架6依次送至待检采样管架出料模组8中后被转移至核酸提取仪9旁待检。

耗材取料臂22将耗材支架21内的耗材自动放置于耗材上料模组20中后被转移至核酸提取仪9旁备用，核酸提取仪上/下料臂10根据顺序将存放于待检采样管架出料模组8上的采样管架26/外送采样管架6、耗材上料模组20上的耗材依次放入核酸提取仪9中进行核酸提取。

核酸提取仪9工作完成后，核酸提取仪上/下料臂10将核酸提取仪9中核酸提取液放至移液/封膜设备19处、将采样管废料转移至采样管废料传输模组12上、将其余物料转移至废料传递模组11上，采样管废料由采样管废料传输模组12传送至检测及标本处理室S5并由PCR上/下料臂14转移至标本暂存架17上暂存。采样管废料暂存时间到后由PCR上/下料臂14放置于灭菌物品传递模组15上送至高压灭菌锅16内进行灭菌消毒。废料传递模组11将核酸提取仪9使用后的物料送至检测及标本处理室S5经打包处理后由PCR上/下料臂14转移至灭菌物品传递模组15上送至高压灭菌锅16内进行灭菌消毒。

移液/封膜设备19将送来核酸提取液处理制成PCR板后经PCR送料模组18送至PCR检测仪13旁待检，PCR上/下料臂14将PCR送料模组18上的PCR板自动送至PCR检测仪13内进行核酸检测。PCR上/下料臂14将PCR检测仪13检测完的PCR板自动转移至标本暂存架17上暂存，检测完的PCR板暂存时间到后由PCR上/下料臂14放置于灭菌物品传递模组15上送至高压灭菌锅16内进行灭菌消毒。

灭菌后的物料由高压灭菌锅16自动吐至室外并由工作人员及时分类处置，PCR检测仪13的检测结果上传至专业人员处分析，分析结果上网并可由被检人在智能一体机3上打印。

工作人员通过采样室玻璃窗及检修口J3、检修口J4分别对采样区S6、标本制备室S4及检测及标本处理室S5内的设备进行维护、检修，保障设备稳定运行。

本发明还包括一种生物安全实验室物料自动传输装备的运行控制方法，包括以下步骤：

S1，系统运行；

S2，紫外线灭菌灯A4常开空气幕机A3关闭气密门A1关闭两段式传输带A5关闭；

S3，判断物料起始位A6是否有物料，若有物料，则执行下一步骤；若没有物料，则再次执行步骤S3；

S4，两段式传输带A5开启；

S5，空气幕机A3开启；

S6，气密门A1开启；

S7，判断物料终点位A12是否有物料，若有物料，则执行下一步骤；若没有物料，则再次执行步骤S7；

S8，两段式传输带A5关闭

S9，气密门A1关闭

S10，空气幕机A3关闭

S11，单次物料传输完成，跳转执行步骤S3。

如图4～图6所示，一种生物安全实验室物料自动传输装备的运行控制原理如下：

图4为本发明的两段式传输带部分控制原理图：光电传感器一A8探测到物料信息，常开触头1k自动闭合，接触器KM1通电，KM1常开触头自动闭合。当光电传感器一A8探测到物料信息时，两段式传输带动作机构A7工作，两段式传输带A5开始传输物料；同时接触器KM2及接触器KM3通电，KM2常开触头自动闭合，KM3常开触头自动闭合、常闭触头自动断开；

当光电传感器二A11探测到物料信息，常闭触头1k1自动断开，接触器KM1失电，KM1触头恢复原始状态。当光电传感器二A11探测到物料信息时，两段式传输带动作机构A7停止动作，两段式传输带A5停止；同时接触器KM2及KM3失电，KM2及KM3触头恢复原始状态。

其中ZK是总开关，SB1是两段式传输带手动模式的启动开关。

图7是本发明的气密门控制原理图：无外部信号作用下即光电传感器没有检测到物料时，接触器KM5通电，常闭双极开关KM5为闭合状态，气密门A1电机反转工作，气密门A1开始向下运动关闭。当气密门A1运行到限位开关触头SQ2位置时，限位开关触头SQ2断开，接触器KM5失电，KM5常开触头自动闭合、常闭触头自动断开；常闭双极开关KM5变为断开状态，气密门A1电机停止运动。

当光电传感器一A8探测到物料信息，图4中接触器KM3通电后，KM3常开触头自动闭合、常闭触头自动断开；接触器KM4通电，常开双极开关KM4闭合，气密门A1电机正转工作，气密门A1开始向上运动开启。当气密门A1运行到限位开关触头SQ1位置时，限位开关触头SQ1断开，接触器KM4失电，KM4常开触头自动闭合、常闭触头自动断开，气密门A1电机停止运动。

此外，设置可强制控制气密门A1启闭的控制按钮SBS3、SBS4，当按下控制按钮SBS3时，气密门A1由正转变为反转；当按下控制按钮SBS4时，气密门A1由反转变为正转。SBS2为急停开关。

当光电传感器二A11探测到物料信息，图3中接触器KM3失电，KM3常开触头处于断开状态、常闭触头处于闭合状态；接触器KM5通电，常闭双极开关KM5闭合，气密门A1电机反转工作，气密门A1关闭，当气密门A1运行到限位开关触头SQ2位置时，限位开关触头SQ2断开，接触器KM5失电，KM5常开触头自动闭合、常闭触头自动断开；常闭双极开关KM5变为断开状态，气密门A1电机停止运动。

图8是本发明的空气幕机控制原理图：当图3中接触器KM2通电，KM2常开触头自动闭合，空气幕机A3供电回路通电，空气幕机A3启动；当接触器KM2失电，KM2触头恢复原始状态，空气幕机A3供电回路失电，空气幕机A3关闭。其中断路器均为先连接。

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，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。