一种用于冻存管的防掉落装置及其控制方法与流程

本发明涉及生物样品冻存管挑选移动，尤其涉及一种用于冻存管的防掉落装置及其控制方法。

背景技术：

1、冻存管是生物样本存储的重要工具，广泛应用于细胞、组织、dna/rna等生物材料的长期保存。在液氮或超低温冰箱等环境中，冻存管需承受极低的温度及可能的压力变化，这对冻存管的密封性、抗压性和稳定性提出了高要求；

2、因为操作人员难以直接用手拿取，现有的冻存管挑选和转移一般为，操作人员需借助专用工具，现有的取用装置多利用塑料的弹性形变夹持冻存管；

3、然而，在实际操作中，由于冻存管处于低温状态，但存在以下问题：夹持效果不稳定：塑料材质在长时间低温环境下易变硬，导致夹持力减弱，增加冻存管掉落的风险。夹持部位不合理：现有装置多夹持冻存管外部弧形部分，夹持效果有限，尤其在低温下更难保证稳固性；操作复杂：部分装置操作繁琐，需要多个步骤才能完成夹持和释放，降低了工作效率。

技术实现思路

1、本发明提供一种用于冻存管的防掉落装置及其控制方法，用以解决上述背景技术提出的技术问题。

2、为解决上述技术问题，本发明提供一种用于冻存管的防掉落装置及其控制方法，其中一种用于冻存管的防掉落装置包括：固定安装组件、吸附机构、防掉落机构和控制模块，所述固定安装组件前端固定设有吸附机构，吸附机构左右外侧固定设有左右对称的防掉落机构，吸附机构和防掉落机构分别与控制模块电连接。

3、优选的，固定安装组件包括：直线导轨，所述安装板一左右两侧固定连接一对竖向的直线导轨，直线导轨上下滑动连接滑块，安装板一前端中心固定连接一个直线轴承，安装板一后端中心固定连接水平方向的电机安装板，电机安装板左端固定连接位置传感器固定块，位置传感器固定块左端固定连接竖向的传感器安装板，安装板一底端固定连接张紧块，张紧块呈上宽下窄的三角形状。

4、优选的，吸附机构包括：冻存管、吸管、吸头弹簧、直线轴承和气管接头；所述直线轴承内部中心固定安装有竖向的吸管，所述吸管竖向贯穿直线轴承中心，吸管顶部固定连通气管接头，气管接头与外部负压气源设备连通，直线轴承下方吸管段的顶部外套设有吸头弹簧，吸头弹簧顶部与直线轴承的底壁固定连接，吸管下端开口处吸附冻存管顶端。

5、优选的，防掉落运动机构包括：电机安装板顶部固定安装贯穿式的丝杆电机，丝杆电机内部中心输出轴连接丝杆一，丝杆一上下贯穿丝杆电机和电机安装板，丝杆一底端螺纹连接内螺纹连接管，内螺纹连接管底端中心固定连接水平方向的c型浮动板，c型浮动板左右顶部固定连接一对竖向的连接板，左右两侧的连接板分别与各自侧的滑块固定连接。

6、优选的，c型浮动板的左右两侧对称滑动设有前后平行的两个铰链销，铰链销与c型浮动板左右滑动连接，铰链销靠近吸管侧固定连接一个夹爪，夹爪靠近吸管侧为半圆形弧面，铰链销与夹爪连接处套设有弹簧二，弹簧二与铰链销左右滑动连接，夹爪顶部固定连接竖向的支杆一，支杆一顶部转动连接滚轮，滚轮顶紧张紧块左右侧壁。

7、优选的，控制模块包括：上位光电传感器、下位光电传感器、控制触摸屏和电控模组；所述传感器安装板左侧壁上下间隔固定设有上位光电传感器和下位光电传感器，左侧的连接板顶部左侧固定安装感应片，上位光电传感器和下位光电传感器与电控主板电连接，电控主板电连接控制触摸屏，控制触摸屏接收操作指令，电控主板自动完成控制动作。

8、优选的，一种用于冻存管的防掉落装置的控制方法，应用于所述的一种用于冻存管的防掉落装置，包括：

9、步骤1：初始化调试，启动控制模块，对丝杆电机进行初始化设置，确保设备处于正常工作状态。

10、步骤2：定位，通过上位光电传感器、下位光电传感器和外部移动机构的协同工作，使吸管对准目标冻存管位置。

11、步骤3：吸附，启动外部负压气源设备，使吸管产生负压，牢固吸附目标位置的冻存管。

12、步骤4：防掉落机构运行，控制模块控制丝杆电机工作，使得c型浮动板向下滑动，同时滚轮沿着张紧块向下滚动，使得夹爪在弹簧二作用力下初步将冻存管夹住。

13、步骤5：夹持力调节，控制模块通过细微调节丝杆旋转，使得夹爪的加持力稳定在安全范围内，停止丝杠电机稳定夹持主冻存管。

14、步骤6：释放，在指定位置，关闭外部负压气源设备，吸头释放冻存管，同时防掉落机构反向运行，冻存管脱落。

15、优选的，还包括：

16、还设有在步骤5中夹持力调节过程中基于电控主板的智能调控系统，智能调控系统包括：

17、扭矩传感器模块，用于检测丝杆电机调节时丝杆一的旋转扭矩值；

18、第一采集模块，用于采集丝杆一的数据信息，包括螺纹导程、丝杆有效直径；

19、角度传感器模块，用于检测支杆一与张紧块侧壁之间的实时工作夹角；

20、应力传感器模块，用于检测冻存管与夹爪之间的实时应力值；

21、扭矩传感器模块、第一采集模块、角度传感器模块和应力传感器模块均与电控主板电连接。

22、优选的，还包括：

23、第一计算模块，用于计算丝杆电机给丝杆一上施加扭矩ｔ时，浮动板带动的夹爪的夹持力值；

24、；

25、其中：x为为丝杆电机给丝杆一上施加扭矩ｔ时，浮动板带动的夹爪的夹持力值，为圆周率取值3.14，为扭矩传感器模块检测到的丝杆电机施加的旋转扭矩，为第一采集模块采集的丝杆一的螺纹导程，μ为丝杆一和内螺纹连接套间的摩擦系数，为丝杆一的导程角，ｎ为丝杆一的转速，ｄ为丝杆一的有效直径，为角度传感器模块检测的支杆一与张紧块侧壁之间的工作夹角，为丝杆与内螺纹连接套间的传动效率。

26、优选的，还包括：

27、第二计算模块，在第一计算模块基础上，用于计算夹爪与冻存管夹持时的总的真实接触面积；

28、；

29、其中：为夹爪与冻存管夹持时的总的真实接触面积；为冻存管的半径，定义为粗糙峰底面圆的半径，为冻存管的弹性模量，为夹爪的夹持力，为最大位移形变，接触面积的形状理论上是冻存管外壳的一小部分，为接触面积的高度为夹爪本身上下宽度；

30、第三计算模块，基于第一计算模块和第二计算模块，用于计算夹爪与冻存管摩擦界面上的最大摩擦剪应力；

31、；

32、其中：为夹爪与冻存管摩擦界面上的最大摩擦剪应力，有应力量纲，为丝杆电机调节时夹爪的夹持力最大值，为取丝杆电机调节时夹爪与冻存管接触面积的最大值；为正切函数，为余弦反函数；

33、电控主板通过对夹爪与冻存管摩擦界面上的最大摩擦剪应力和冻存管的承受压力阈值比较，及时调整丝杆电机的扭矩，防止夹爪的夹持力过松或过紧的情况出现，最终使得最大摩擦剪应力稳定在冻存管安全的承受压力阈值内。

34、与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明提供的一种用于冻存管的防掉落装置及其控制方法，本发明通过固定安装组件为吸附机构和防掉落机构提供安装条件，通过吸附机构可以实现吸附冻存管并实现转移，通过防掉落机构可避免冻存管在吸附转移过程中因为抖动或者吸附故障导致冻存管掉落的情况发生；本发明有益效果如下：

35、1、冻存管吸附结构，利用负压把冻存管吸住，利用正压把冻存管吹离；结构简单，组成零件少，体积小巧，适应性更高，制造成本低廉，运行稳定可靠。

36、2、防掉落机构，利用弹簧压紧两夹爪夹住冻存管，防止冻存管意外掉落，结构简单，制造成本低廉，运行稳定可靠，因为是利用弹簧压紧两夹爪夹住冻存管，所以即使停电或漏气也可夹紧冻存管防止掉落，维护方便；

37、3、提高了夹持冻存管的稳定性，避免了人力夹持的操作的不确定性，提高了操作人员的安全性。