一种检测样本取样用预处理机械手

技术领域

本发明涉及取样用机械手技术领域，特别涉及一种检测样本取样用预处理机械手。

背景技术

随着食品和药品工业的发展，食品和药品中的添加剂等化学成分也越来越复杂，这对食品药品检测前的取样预处理工序有了更高的要求；而传统的预处理方法，仍然需要人工进行研磨、加热和溶解，费时费力，还不能达到检测所需求的研磨或溶解程度，同时在取样过程中，传统的取样管和后续的预处理装置是分开进行的，在取样后的转移过程中，难免会造成样品的污染；因此，需要一种取样和预处理同时进行，同时还能节省人力的检测样本取样用预处理机械手，从而解决传统取样管和预处理方法所不能解决的问题。

如公告号CN115372069B的专利提供了一种检测样本取样用机械手机构，该装置包括驱动臂、取样罩、取样杆，所述取样杆通过螺旋取样器的螺旋上升截取物料，从而防止物料的凝结，所述取样罩通过研磨机构，来实现物料的研磨功能。该申请因此可防止样本在料斗中凝结，同时省去了手工研磨过程，提高了检测的效率。但该方案的螺旋取样器，在螺旋上升过程中，遇到较大的物料颗粒时，可能会卡在螺旋取样器中，导致取样失败，同时在面对液体样本时，取样效果较差；该方案仅能对物料进行研磨预处理，当物料需要溶解预处理和加热预处理时，该方案是无法实现的；该方案在遇到超大直径或无需预处理的样本时，无法将样本直接夹取，同时在面对需要无伤检测的样本时，该装置的螺旋取样器无法实现无伤取样功能。

发明内容

本发明的目的是提供一种检测样本取样用预处理机械手，旨在解决如何适应不同形态的样品的取样、如何实现大型固态样品的自动无伤夹取、如何满足不同样品的预处理要求等现有技术存在的技术问题。

针对上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种检测样本取样用预处理机械手，包括伸缩取样装置、预处理装置、可伸缩机械臂、柔性夹取装置；可伸缩机械臂上固定安装有预处理装置，所述可伸缩机械臂通过机械臂横向伸缩组件和第二机械臂电推杆的伸缩，来实现横向和纵向的伸缩延展功能；预处理装置上固定安装有伸缩取样装置；伸缩取样装置上固定安装有柔性夹取装置，所述柔性夹取装置通过柔顺变形板的柔性变形，以及两个夹取直线电机的向内滑动，来实现对样品的柔性夹取功能；预处理装置上还包括研磨机构和溶解机构；研磨机构固定安装在溶解机构上，所述研磨机构通过研磨头的公转以及研磨头转动半径的变化，来实现对样品颗粒的研磨功能，所述溶解机构通过溶解水泵将溶剂喷洒到样品上，来实现对样品的溶解，从而实现对样品的预处理功能；伸缩取样装置还包括取样机构和加热机构；加热机构固定安装在取样机构上，所述取样机构通过伸缩取样管的伸出，以及取样吸气组件的吸气，来实现对食品或药物样品的吸入功能，所述加热机构通过电热阻丝的通电发热，来实现对样品的预加热功能。

进一步地，取样机构包括伸缩取样管、取样支撑壳、第一取样弹性软管、取样吸气组件、第二取样弹性软管、取样齿轮、单向闸门组件、取样电机；第一取样弹性软管的两端分别固定安装在伸缩取样管和取样吸气组件上，同时第一取样弹性软管可弹性伸缩；取样吸气组件固定安装在取样支撑壳上；第二取样弹性软管的两端分别固定安装在取样吸气组件和单向闸门组件上；单向闸门组件固定安装在取样试管上；取样齿轮铰接在取样电机上；取样电机固定安装在取样支撑壳上；伸缩取样管上还包括取样管管体和取样齿条；取样管管体滑动安装在取样支撑壳上；取样齿条固定安装在取样管管体上，取样齿条还滑动安装在取样支撑壳上，用于带动取样管管体上下滑动以及限制取样管管体的转动，同时取样齿条与取样齿轮构成齿轮齿条副。

进一步地，加热机构包括进水口、取样试管、环状电源、样品排出口、电热阻丝；取样试管固定安装在取样支撑壳上，同时取样试管上还设置有进水口和样品排出口；环状电源固定安装在取样试管上，同时环状电源还固定安装在取样支撑壳上；电热阻丝固定缠绕在取样试管的下半部分，同时电热阻丝还与环状电源的正负极通过导线连接。

进一步地，取样吸气组件包括吸气支撑板、样品暂存箱、吸气气泵、气体滤网、第一通气口、第二通气口；吸气支撑板的两端分别固定安装在样品暂存箱和取样支撑壳上；样品暂存箱上设置有第一通气口和第二通气口；第一通气口与第一取样弹性软管固定连接；第二通气口与第二取样弹性软管固定连接；气体滤网固定安装在样品暂存箱上，所述气体滤网仅能让气体分子通过；吸气气泵固定安装在气体滤网上。

进一步地，单向闸门组件包括闸门电机、闸门支撑壁、固定闸门、闸门连接轴、活动闸门；闸门电机固定安装在闸门支撑壁上；闸门支撑壁固定安装在第二取样弹性软管上，同时闸门支撑壁还固定安装在取样试管上；固定闸门固定安装在闸门支撑壁上；闸门连接轴铰接在闸门电机上；活动闸门固定安装在闸门连接轴上。

进一步地，研磨机构包括第一研磨电推杆、研磨安装盘、研磨滑块、研磨电机、研磨头、第二研磨电推杆、研磨转盘；第一研磨电推杆固定安装在研磨安装盘上；研磨安装盘固定安装在取样试管上，同时研磨安装盘还固定安装在溶解安装盘上；研磨滑块滑动安装在研磨转盘上，同时研磨滑块还固定安装在第二研磨电推杆上；研磨电机固定安装在第一研磨电推杆上；研磨转盘铰接在研磨电机上；第二研磨电推杆固定安装在研磨转盘上；研磨头固定安装在研磨滑块上。

进一步地，溶解机构包括溶解水泵、溶剂储存箱、溶解管道、支撑连接板、溶解安装盘；溶剂储存箱固定安装在溶解安装盘上；支撑连接板通过螺栓固定安装在溶解安装盘上；溶解水泵固定安装在溶剂储存箱上；溶解管道的两端分别固定安装在溶解水泵和进水口上；溶解安装盘固定安装在取样支撑壳上，同时溶解安装盘还与研磨安装盘固定连接。

进一步地，柔性夹取装置包括夹取滑座、夹取电推杆、磁轴滑杆、防滑橡胶垫、柔顺变形板、夹取直线电机；夹取滑座通过螺栓固定安装在取样支撑壳上；磁轴滑杆固定安装在夹取滑座上，磁轴滑杆内部设置有线性排布的磁铁；夹取直线电机滑动安装在夹取滑座和磁轴滑杆上；柔顺变形板固定安装在夹取直线电机上；防滑橡胶垫固定安装在柔顺变形板上，同时防滑橡胶垫上设置有有波浪状的凸起；夹取电推杆的两端分别铰接在柔顺变形板和夹取直线电机上。

进一步地，可伸缩机械臂包括第一机械臂电推杆、机械臂横向伸缩组件、机械臂连接座、第一机械臂电机、机械臂铰接座、第二机械臂电机、第二机械臂电推杆；第一机械臂电推杆固定安装在机械臂横向伸缩组件上，同时第一机械臂电推杆还与支撑连接板固定连接；机械臂横向伸缩组件通过螺栓和螺母固定安装在机械臂连接座上；机械臂连接座铰接在第一机械臂电机上，同时机械臂连接座还铰接在机械臂铰接座上；第一机械臂电机固定安装在机械臂铰接座上；机械臂铰接座铰接在第二机械臂电机上；第二机械臂电机固定安装在第二机械臂电推杆上。

进一步地，机械臂横向伸缩组件包括第一连接滑座、三并联同步电推杆、第二连接滑座；第一连接滑座滑动安装在第二连接滑座上，同时第一连接滑座还与第一机械臂电推杆固定连接；第二连接滑座通过螺栓和螺母与机械臂连接座固定连接，同时第二连接滑座和第一连接滑座的滑动连接用于承受径向三并联同步电推杆的径向载荷；三并联同步电推杆的两端分别固定安装在第一连接滑座和第二连接滑座上。

本发明与现有技术相比的有益效果是：（1）预处理装置，通过研磨机构上研磨头的公转以及研磨头转动半径的变化，来实现对样品颗粒的研磨功能，再通过溶解机构上溶解水泵将溶剂喷洒到样品上，来实现对样品的溶解，从而实现对样品的预处理功能。（2）伸缩取样装置，通过取样机构上伸缩取样管的伸出，以及取样吸气组件的吸气，来实现对食品或药物样品的吸入功能，再通过加热机构上电热阻丝的加热，来实现对样品的预加热功能。（3）柔性夹取装置，通过柔顺变形板的柔性变形，以及两个夹取直线电机的向内滑动，来实现对样品的柔性夹取功能。

附图说明

图1为本发明实施例的工作状态的总装结构示意图。

图2为本发明伸缩取样装置的结构示意图一。

图3为本发明伸缩取样装置的结构示意图二。

图4为本发明伸缩取样管的零件结构示意图。

图5为本发明取样吸气组件的结构示意图。

图6为本发明单向闸门组件的结构示意图。

图7为本发明预处理装置的结构示意图一。

图8为本发明预处理装置的结构示意图二。

图9为本发明可伸缩机械臂的结构示意图。

图10为本发明机械臂横向伸缩组件的结构示意图。

图11为本发明柔性夹取装置的结构示意图。

图中：1-伸缩取样装置；2-预处理装置；3-可伸缩机械臂；4-柔性夹取装置；101-伸缩取样管；102-取样支撑壳；103-第一取样弹性软管；104-取样吸气组件；105-进水口；106-第二取样弹性软管；107-取样齿轮；108-单向闸门组件；109-取样电机；110-取样试管；111-环状电源；112-样品排出口；113-电热阻丝；10101-取样管管体；10102-取样齿条；10401-吸气支撑板；10402-样品暂存箱；10403-吸气气泵；10404-气体滤网；10405-第一通气口；10406-第二通气口；10801-闸门电机；10802-闸门支撑壁；10803-固定闸门；10804-闸门连接轴；10805-活动闸门；201-溶解水泵；202-溶剂储存箱；203-溶解管道；204-支撑连接板；205-第一研磨电推杆；206-溶解安装盘；207-研磨安装盘；208-研磨滑块；209-研磨电机；210-研磨头；211-第二研磨电推杆；212-研磨转盘；301-第一机械臂电推杆；302-机械臂横向伸缩组件；303-机械臂连接座；304-第一机械臂电机；305-机械臂铰接座；306-第二机械臂电机；307-第二机械臂电推杆；30201-第一连接滑座；30202-三并联同步电推杆；30203-第二连接滑座；401-夹取滑座；402-夹取电推杆；403-磁轴滑杆；404-防滑橡胶垫；405-柔顺变形板；406-夹取直线电机。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

图1至图11为本发明的优选实施例。

如图1所示，可伸缩机械臂3上固定安装有预处理装置2，所述可伸缩机械臂3通过机械臂横向伸缩组件302和第二机械臂电推杆307的伸缩，来实现横向和纵向的伸缩延展功能；预处理装置2上固定安装有伸缩取样装置1；伸缩取样装置1上固定安装有柔性夹取装置4，所述柔性夹取装置4通过柔顺变形板405的柔性变形，以及两个夹取直线电机406的向内滑动，来实现对样品的柔性夹取功能；预处理装置2上还包括研磨机构和溶解机构；研磨机构固定安装在溶解机构上，所述研磨机构通过研磨头210的公转以及研磨头210转动半径的变化，来实现对样品颗粒的研磨功能，所述溶解机构通过溶解水泵201将溶剂喷洒到样品上，来实现对样品的溶解，从而实现对样品的预处理功能；伸缩取样装置1还包括取样机构和加热机构；加热机构固定安装在取样机构上，所述取样机构通过伸缩取样管101的伸出，以及取样吸气组件104的吸气，来实现对食品或药物样品的吸入功能，所述加热机构通过电热阻丝113的通电发热，来实现对样品的预加热功能。

如图2和图3所示，在伸缩取样装置1中，加热机构固定安装在取样机构上；在取样机构中，第一取样弹性软管103的两端分别固定安装在伸缩取样管101和取样吸气组件104上，同时第一取样弹性软管103可弹性伸缩；取样吸气组件104固定安装在取样支撑壳102上；第二取样弹性软管106的两端分别固定安装在取样吸气组件104和单向闸门组件108上；单向闸门组件108固定安装在取样试管110上；取样齿轮107铰接在取样电机109上；取样电机109固定安装在取样支撑壳102上；在加热机构中，取样试管110固定安装在取样支撑壳102上，同时取样试管110上还设置有进水口105和样品排出口112；环状电源111固定安装在取样试管110上，同时环状电源111还固定安装在取样支撑壳102上；电热阻丝113固定缠绕在取样试管110的下半部分，同时电热阻丝113还与环状电源111的正负极通过导线连接。

如图4所示，在伸缩取样管101中，取样管管体10101滑动安装在取样支撑壳102上；取样齿条10102固定安装在取样管管体10101上，取样齿条10102还滑动安装在取样支撑壳102上，用于带动取样管管体10101上下滑动以及限制取样管管体10101的转动，同时取样齿条10102与取样齿轮107构成齿轮齿条副；。

如图5所示，在取样吸气组件104中，吸气支撑板10401的两端分别固定安装在样品暂存箱10402和取样支撑壳102上；样品暂存箱10402上设置有第一通气口10405和第二通气口10406；第一通气口10405与第一取样弹性软管103固定连接；第二通气口10406与第二取样弹性软管106固定连接；气体滤网10404固定安装在样品暂存箱10402上，所述气体滤网10404仅能让气体分子通过；吸气气泵10403固定安装在气体滤网10404上。

如图6所示，在单向闸门组件108中，闸门电机10801固定安装在闸门支撑壁10802上；闸门支撑壁10802固定安装在第二取样弹性软管106上，同时闸门支撑壁10802还固定安装在取样试管110上；固定闸门10803固定安装在闸门支撑壁10802上；闸门连接轴10804铰接在闸门电机10801上；活动闸门10805固定安装在闸门连接轴10804上。

如图7和图8所示，在预处理装置2中，研磨机构固定安装在溶解机构上；在研磨机构中，第一研磨电推杆205固定安装在研磨安装盘207上；研磨安装盘207固定安装在取样试管110上，同时研磨安装盘207还固定安装在溶解安装盘206上；研磨滑块208滑动安装在研磨转盘212上，同时研磨滑块208还固定安装在第二研磨电推杆211上；研磨电机209固定安装在第一研磨电推杆205上；研磨转盘212铰接在研磨电机209上；第二研磨电推杆211固定安装在研磨转盘212上；研磨头210固定安装在研磨滑块208上；在溶解机构中，溶剂储存箱202固定安装在溶解安装盘206上；支撑连接板204通过螺栓固定安装在溶解安装盘206上；溶解水泵201固定安装在溶剂储存箱202上；溶解管道203的两端分别固定安装在溶解水泵201和进水口105上；溶解安装盘206固定安装在取样支撑壳102上，同时溶解安装盘206还与研磨安装盘207固定连接。

如图9所示，在可伸缩机械臂3中，第一机械臂电推杆301固定安装在机械臂横向伸缩组件302上，同时第一机械臂电推杆301还与支撑连接板204固定连接；机械臂横向伸缩组件302通过螺栓和螺母固定安装在机械臂连接座303上；机械臂连接座303铰接在第一机械臂电机304上，同时机械臂连接座303还铰接在机械臂铰接座305上；第一机械臂电机304固定安装在机械臂铰接座305上；机械臂铰接座305铰接在第二机械臂电机306上；第二机械臂电机306固定安装在第二机械臂电推杆307上。

如图10所示，在机械臂横向伸缩组件302中，第一连接滑座30201滑动安装在第二连接滑座30203上，同时第一连接滑座30201还与第一机械臂电推杆301固定连接；第二连接滑座30203通过螺栓和螺母与机械臂连接座303固定连接，同时第二连接滑座30203和第一连接滑座30201的滑动连接用于承受径向三并联同步电推杆30202的径向载荷；三并联同步电推杆30202的两端分别固定安装在第一连接滑座30201和第二连接滑座30203上。

如图11所示，在柔性夹取装置4中，夹取滑座401通过螺栓固定安装在取样支撑壳102上；磁轴滑杆403固定安装在夹取滑座401上，磁轴滑杆403内部设置有线性排布的磁铁；夹取直线电机406滑动安装在夹取滑座401和磁轴滑杆403上；柔顺变形板405固定安装在夹取直线电机406上；防滑橡胶垫404固定安装在柔顺变形板405上，同时防滑橡胶垫404上设置有有波浪状的凸起；夹取电推杆402的两端分别铰接在柔顺变形板405和夹取直线电机406上。

本发明的工作原理：图1给出了本发明的使用方式和对应的场景，样品取样过程的姿态控制，由伸缩取样装置1、预处理装置2和柔性夹取装置4决定，预处理装置2的姿态由伸缩取样装置1决定，柔性夹取装置4的姿态由伸缩取样装置1决定，因此伸缩取样装置1是样品取样过程的核心所在。

以实施例一为例，当对颗粒较小的食品或药品样本取样时，可伸缩机械臂3通过纵向和横向的伸缩，以及第一机械臂电机304和第二机械臂电机306的转动，使得伸缩取样装置1的伸缩取样管101到达样品的正上方，取样机构的伸缩取样管101伸出，随后取样吸气组件104将样品吸入到取样吸气组件104中，取样吸气组件104再将样品排出到加热机构的取样试管110中，随后通过预处理装置2上的预处理机构对样品进行研磨，或者通过溶解机构喷出溶剂，来对样品进行溶解，同时加热机构对样品进行预加热，从而实现对样品的充分预处理，随后可伸缩机械臂3上的第一机械臂电机304转动，使得取样试管110倾斜倒立，将预处理后的样品从样品排出口112排出；当对超大颗粒的食品或药品样本取样时，可伸缩机械臂3带动柔性夹取装置4移动到样品的正上方，随后第一机械臂电推杆301和第二机械臂电推杆307前伸，带动柔性夹取装置4下降，随后夹取电推杆402收缩，带动柔顺变形板405弯曲变形，使得柔顺变形板405张开，随后两个夹取直线电机406向内移动，夹取电推杆402伸出，从而实现对样品的柔性无伤夹取。

具体的，如图2、图3、图4、图5和图6所示，当对颗粒较小的食品或药品样本取样时，取样机构上的取样电机109驱动取样齿轮107转动，取样齿轮107带动取样齿条10102向下滑动，取样齿条10102带动取样管管体10101在上向下滑动，下滑一点距离后，取样吸气组件104上的吸气气泵10403启动，将样品通过伸缩取样管101、第一取样弹性软管103和第一通气口10405吸附到样品暂存箱10402中，此时样品因为吸力会吸附在气体滤网10404上，此时吸气气泵10403关闭，样品会因重力垂直下落，通过第二通气口10406和第二取样弹性软管106到达单向闸门组件108处，单向闸门组件108上的闸门电机10801驱动闸门连接轴10804转动，闸门连接轴10804带动活动闸门10805转动打开，样品从闸门支撑壁10802与固定闸门10803之间打开的出口进入到加热机构的取样试管110中，从而实现取样机构对样品的取样功能；当需要对样品进行预加热处理时，环状电源111为电热阻丝113通过直流电，使得电热阻丝113通电发热，从而实现加热机构的预加热功能；进水口105用于溶剂的进入；样品排出口112用于预处理后的样品排出。

如图7和图8所示，当需要对样品进行研磨预处理时，研磨安装盘207上固定安装的第一研磨电推杆205前伸，带动研磨电机209和研磨滑块208前伸，研磨滑块208带动研磨头210前伸，从而与样品接触，随后研磨电机209驱动研磨转盘212转动，研磨转盘212带动研磨滑块208转动，研磨滑块208带动研磨头210转动，同时第二研磨电推杆211带动研磨滑块208在研磨转盘212上前后滑动，使得研磨头210在水平面上进行螺旋转动，从而实现研磨机构对样品的充分研磨功能；当需要对样品进行溶解时，溶解安装盘206上固定安装的溶剂储存箱202会事先注满需要用到的溶剂，溶解水泵201启动，使得溶剂储存箱202中的溶剂通过溶解管道203和进水口105，进入到取样试管110中，同时研磨头210继续进行螺旋转动，来实现溶解机构对样品的充分溶解功能；支撑连接板204用于预处理装置2和可伸缩机械臂3之间的固定连接。

如图9和图10所示，通过第二机械臂电推杆307和第一机械臂电推杆301在纵向伸缩，来实现可伸缩机械臂3在纵向方向的伸缩功能；第二机械臂电机306驱动机械臂铰接座305转动，机械臂铰接座305的转动，会带动伸缩取样装置1、预处理装置2和柔性夹取装置4绕第二机械臂电机306的中心轴公转，来实现样品的大范围转移；第一机械臂电机304驱动机械臂连接座303上下摆动，机械臂连接座303上下摆动带动取样试管110倾斜，使得取样试管110中经过预处理后的样品从样品排出口112倒出，从而实现样品排出功能；机械臂横向伸缩组件302上的三并联同步电推杆30202伸缩，带动第一连接滑座30201在第二连接滑座30203上滑动，从而实现横向伸缩功能；第一连接滑座30201的第二连接滑座30203的滑动连接用于承受三并联同步电推杆30202的径向载荷，从而弥补了三并联同步电推杆30202不能承受径向载荷的缺点。

如图11所示，在夹取超大颗粒的样品前，两个夹取直线电机406向外滑动，使得柔顺变形板405之间的间距达到最大，同时夹取电推杆402收缩，带动柔顺变形板405向外变形弯曲，使得两个柔顺变形板405之间的开口距离进一步变大，从而实现夹取前的张开功能；当夹取超大颗粒的样品时，夹取直线电机406在电磁场的作用下，在夹取滑座401和磁轴滑杆403上向内滑动，同时夹取电推杆402前伸，带动柔顺变形板405向内变形弯曲，使得两个柔顺变形板405之间的开口距离变小，通过柔顺变形板405的柔性变形将样品包裹夹住，再通过防滑橡胶垫404上的波浪状凸起来增大摩擦力，从而实现无伤夹取功能。

本发明不局限上述具体实施方式，所属技术领域的技术人员从上述构思出发，不经过创造性的劳动，做出的种种变换，均落在本发明的保护范围之内。