一种医用试管拔盖装置

本发明涉及医用设备，具体而言，涉及一种医用试管拔盖装置。

背景技术：

1、在医学实验室的日常运作中，医用试管作为不可或缺的实验容器，其重要性不言而喻。无论是进行生化分析、药物筛选还是其他科研实验，试管都是科研人员手中不可或缺的利器。然而，尽管试管在科研中发挥着关键作用，但其使用过程中存在的一些问题和挑战也不容忽视。特别是手动拔取试管盖这一环节，既繁琐又耗时。

2、在实验室环境中，科研人员经常需要处理大量的试管，而手动拔取试管盖不仅效率低下，还可能导致操作失误。例如，科研人员可能会因为疲劳或注意力不集中而误伤自己，造成皮肤割伤或其他伤害。此外，频繁的手动操作还可能增加试管破损的风险，这不仅浪费实验资源，还可能对实验结果造成干扰。

3、为了解决这一问题，科研人员开始探索使用自动化设备来替代传统的手动操作，不仅可以大幅提高实验效率，还能有效减少操作失误和人员受伤的风险。然而自动化设备的引入并非易事，在实际应用中，需审慎考虑如何保障其精确性与可靠性，并确保与既有实验流程和设备的高度兼容性。同时，自动化设备的成本与维护问题亦需引起足够重视。

4、综上所述，研发一款能够自动、高效且安全地完成医用试管拔盖作业的装置，将显著提升试管拔盖过程的效率和安全性。

技术实现思路

1、在医学实验室的日常工作中，试管作为常用的实验容器，其使用频率极高。然而，手动拔取试管盖不仅效率低下，还存在操作失误和人员受伤的风险。为了解决这一问题，我们设计了一种医用试管拔盖装置，该装置结合了机械臂技术和智能控制系统，旨在提高试管拔盖过程的效率和安全性。

2、本发明提出了一种医用试管拔盖装置，包括试管架、机械臂、支撑架、试管盒、置盖盒和控制系统；所述试管架、机械臂、试管盒、置盖盒设置于所述支撑架上部；所述试管架用于放置所述医用试管，所述试管盒用于存放所述医用试管，所述置盖盒用于存放已经拔下的试管盖；

3、所述控制系统用于控制所述机械臂的运动；当所述医用试管进行拔盖前，所述控制系统控制所述机械臂将所述医用试管传输至所述试管架上；所述控制系统还用于控制所述机械臂对所述医用试管进行拔盖，所述机械臂将已经拔下的试管盖放置于所述置盖盒中；

4、所述控制系统还用于根据所述医用试管的硬度控制所述机械臂的夹持力度。

5、优选的，所述支撑架上设置有滑轨，所述试管架通过滑块与所述滑轨可拆卸的连接，从而实现所述试管架在所述支撑架上的移动；

6、所述滑轨的一端设置有限位元件，所述限位元件用于限制所述试管架在所述滑轨上的移动范围，以防止所述试管架脱离所述滑轨；

7、所述滑轨的另一端的末端设置于所述支撑架的边缘，当所述支撑架的边缘连接于外部设备时，所述试管架能够在所述支撑架和所述外部设备之间进行位移。

8、优选的，所述医用试管拔盖装置还包括压力传感器，所述压力传感器用于获取所述医用试管的硬度数据，并将所述硬度数据传输给所述控制系统；

9、所述控制系统根据所述硬度数据控制所述机械臂的夹持力度。

10、优选的，所述医用试管拔盖装置还包括视觉识别系统，所述视觉识别系统用于识别所述医用试管和机械臂的接触长度，所述视觉识别系统还用于识别所述医用试管与机械臂之间的接触面积；

11、所述视觉识别系统还用于将识别结果传输至所述控制系统；

12、所述控制系统根据所述识别结果调整所述机械臂的夹持力度。

13、优选的，当所述控制系统根据所述硬度数据控制所述机械臂的夹持力度时，包括：

14、通过压力传感器获取所述医用试管的硬度数据和弹性系数，根据所述硬度数据和弹性系数计算实际夹持力度，并将所述实际夹持力度作为所述机械臂的夹持力度；

15、根据所述实际夹持力度的计算公式为：

16、

17、其中，k和k′为常数，用来调节试管硬度和弹性之间的关系；l为所述医用试管和机械臂的接触长度；h为所述硬度数据；e为所述医用试管的弹性模量；a为所述医用试管与机械臂之间的接触面积。

18、优选的，所述医用试管的弹性模量的获得方法为：

19、所述机械臂向所述医用试管施加外力，所述控制系统获取所述压力传感器的读数，根据胡克定律估算所述医用试管的弹性模量，计算公式为：

20、

21、其中，e为所述医用试管的弹性模量；σ为所述医用试管受到的应力；ε为所述医用试管的应变；

22、优选的，所述医用试管受到的应力σ通过外力除以所述医用试管的横截面积计算获得。

23、优选的，所述医用试管的应变ε通过试管的变形量除以所述医用试管的原始长度计算获得。

24、优选的，所述外力通过所述压力传感器的读数转换获得。

25、优选的，常数k根据弹性模量e和试管的横截面积a获得。

26、更优选的，将k设置为一个比较小的常数，表示所述医用试管的试管硬度对夹持力度的影响；k＝c1×e×a，其中c1是一个调节系数。

27、更优选的，常数k′根据所述医用试管的材料的弹性模量e来估计。k′＝c2×e，其中c2是一个调节系数。

28、更优选的，通过进行实验来测定试管夹持力度与试管硬度、弹性模量之间的关系，然后利用实验数据来确定c1和c2的值。

29、优选的，所述机械臂包括夹持元件、旋转元件和支撑元件；

30、所述夹持元件用于夹持医用试管，所述夹持元件通过所述旋转元件与所述支撑元件连接，所述旋转元件用于实现所述夹持元件进行旋转，以实现所述夹持元件对所述医用试管的试管盖拔取。

31、优选的，所述夹持元件包括夹持固定件、夹持拔盖件和连接件；所述夹持固定件通过所述连接件与所述夹持拔盖件可伸缩的连接。

32、优选的，所述控制系统包括人机交互界面，所述人机交互界面用于接收用户输入的指令，所述人机交互界面还用于显示所述医用试管拔盖装置的工作信息。

33、优选的，所述试管盒和置盖盒采用透明材料制成，且所述试管盒和置盖盒的上方设置有防尘盖。

34、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

35、1.通过设置滑轨和滑块，实现了试管架在支撑架上的可移动性，便于与外部设备连接和传输试管，提高了工作效率和便捷性。同时，限位元件的设置有效地防止了试管架脱离滑轨，保证了设备的安全性。

36、2.压力传感器的引入，使得控制系统能够实时获取医用试管的硬度数据，从而精确地控制机械臂的夹持力度，避免了因夹持力度不当而导致的试管破损或拔盖困难的问题。此外，通过结合视觉识别系统，可以进一步识别试管与机械臂的接触长度和接触面积，进一步提高夹持力度的精确性。

37、3.弹性模量的引入，使得控制系统能够更全面地考虑试管的物理特性，从而更准确地估算试管在拔盖过程中的应变和应力，为控制夹持力度提供了更可靠的依据。通过设定常数k和k′，可以实现对试管硬度和弹性模量的综合调节，使得夹持力度更加合理。

38、4.机械臂的设计充分考虑了试管拔盖的实际需求，通过夹持元件、旋转元件和支撑元件的协同作用，实现了对试管盖的快速、稳定拔取。夹持元件的可伸缩设计，使得其能够适应不同尺寸和形状的试管，提高了设备的通用性和灵活性。

39、5.人机交互界面的设置，使得用户可以方便地输入指令和查看设备工作信息，提高了设备的可操作性和易用性。试管盒和置盖盒采用透明材料制成，并设置防尘盖，既便于观察试管和试管盖的状态，又能有效防止灰尘和杂质的侵入，保证了设备的卫生和安全。

40、综上所述，本发明的医用试管拔盖装置在结构设计、功能实现和控制精度等方面都具有显著的优势和创新点，为医用试管的自动化处理提供了高效、可靠的解决方案。