[发明专利]一种自动快速试管取盖机器人及取盖方法

权利要求书

1.一种自动快速试管取盖机器人，其特征在于：它包括底座（1），所述底座（1）上安装有控制前后方向移动的X轴机械臂（2），所述X轴机械臂（2）垂直安装有控制上下移动的Z轴机械臂（3），所述Z轴机械臂（3）上垂直安装有控制左右移动的Y轴机械臂（4），所述Y轴机械臂（4）上安装有取盖机械手（5）；

所述取盖机械手（5）的一端安装有机械臂转动驱动机构，另一端安装有取盖机构；

所述X轴机械臂（2）通过螺钉安装在底座（1）上，所述X轴机械臂（2）包括X轴步进电机（6），所述X轴步进电机（6）的输出轴通过联轴器（36）与滚珠丝杆（40）相连，所述滚珠丝杆（40）上配合安装有滚珠螺母（37），所述滚珠螺母（37）的顶部固定安装有X轴滑动工作台（8），所述X轴滑动工作台（8）的底部固定安装有滑块（38），所述滑块（38）与滑块导轨（39）构成滑动配合，所述滚珠丝杆（40）的安装盒顶部设置有保护盖（41）；

所述Z轴机械臂（3）通过螺栓固定安装在X轴机械臂（2）的X轴滑动工作台（8）上，所述Z轴机械臂（3）的结构和X轴机械臂（2）的结构相同，所述Z轴机械臂（3）包括Z轴步进电机（12），所述Z轴步进电机（12）与滚珠丝杆传动机构相连，所述滚珠丝杆机构驱动Z轴滑动工作台（11）上下运动；

所述取盖机构包括试管夹（25），每两个试管夹（25）组合安装为一个完整的夹子，所述两个试管夹（25）通过轴套（27）转轴（24）铰接，所述试管夹（25）的顶部设有弹簧底座（26），两两弹簧底座（26）之间设有螺旋弹簧（31），螺旋弹簧（31）始终处于压缩状态，所述试管夹（25）的下端设置有凸轮从动盘（28），所述凸轮从动盘（28）与凸轮（23）配合组成平底从动式凸轮机构，所述凸轮（23）安装在凸轮轴（22）上，所述凸轮轴（22）通过涡轮蜗杆减速器（20）与凸轮轴第一直流电机（21）相连，所述试管夹（25）的底端设置有试管夹套筒（29），所述试管夹套筒（29）的底端设置有试管夹下缘（30），所述试管夹套筒（29）组合之后形成圆柱形套筒，所述试管夹下缘（30）与试管盖（32）的下边缘相配合；所述试管夹下缘（30）的内壁上镶嵌有一层橡胶缓冲垫；所述试管夹（25）组成的夹子共有多组。

2.根据权利要求1所述的一种自动快速试管取盖机器人，其特征在于：所述Y轴机械臂（4）通过螺栓固定安装在Z轴机械臂（3）的Z轴滑动工作台（11）上，所述Y轴机械臂（4）的结构和X轴机械臂（2）的结构相同，所述Y轴机械臂（4）包括Y轴步进电机（10），所述Y轴步进电机（10）与滚珠丝杆传动机构相连，所述滚珠丝杆机构驱动Y轴滑动工作台（13）左右运动。

3.根据权利要求1所述的一种自动快速试管取盖机器人，其特征在于：所述Z轴步进电机（12）处安装有电磁阀（42），所述电磁阀（42）能够在Y轴定向完成以后启动，并抑制Z轴步进电机（12）转动。

4.根据权利要求1所述的一种自动快速试管取盖机器人，其特征在于：所述取盖机械手（5）通过取盖机械手基座（14）固定安装在Y轴机械臂（4）的Y轴滑动工作台（13）上。

5.根据权利要求1所述的一种自动快速试管取盖机器人，其特征在于：所述机械臂转动驱动机构包括直流电机（16），所述直流电机（16）安装在取盖机械手基座（14）内部，所述直流电机（16）的输出轴安装有第一圆柱齿轮（17），所述第一圆柱齿轮（17）与第二圆柱齿轮（18）啮合，所述第二圆柱齿轮（18）的输出轴（19）上固定安装有机械转臂（44），所述机械转臂（44）的末端安装有取盖机构。

6.根据权利要求1所述的一种自动快速试管取盖机器人，其特征在于：所述X轴机械臂（2）、Z轴机械臂（3）和Y轴机械臂（4）的步进电机处均设有摄像头，在取盖机械手（5）的下方也安装有摄像头，所述摄像头都通过无线通信与服务器相连，所述服务器能够将实时画面传输至操作人员平板客户端。

7.采用权利要求1-6任意一项所述自动快速试管取盖机器人进行自动取盖的方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步：定位阶段，初始状态下，取盖机械手（5）转动至朝向试管架（34）所在方向，试管夹（25）处于打开状态，凸轮从动盘（28）与凸轮（23）远休止点接触，Y轴机械臂（4）竖直方向上升至最高处，电磁阀锁止，机器人通过底座（1）安装于流水线指定工序位置，装有样本的试管（33）被预先固定于试管架（34）内，试管架（34）通过滑槽（35）卡在流水线传送带上，试管（34）可横置或纵置于传送带上，当试管架连同试管移动至X轴机械臂中间位置时，机械臂底座的传感器接收信号，传递给控制器，通过PLC单片机控制传送带驱动电机停止转动；

第二步：X轴步进电机（6）启动，通过滚轴丝杠机构（7）带动X轴滑动工作台（8）沿着滑块导轨（39）移动，从而带动Y轴机械臂沿着X轴移动，当取盖机械手（5）和试管架（34）在X轴方向位于同一平面位置时，X轴步进电机（6）停止转动；

第三步：Y轴步进电机（10）启动，通过滚轴丝杠机构带动Y轴滑动工作台（13）沿着滑块导轨移动，从而带动取盖机械手（5）沿着Y轴移动，当取盖机械手（5）移动至试管架（34）正上方时，启动直流电机（16），直流电机（16）通过第一圆柱齿轮（17）和第二圆柱齿轮（18）将动力传输至输出轴（19），进而带动机械转臂（44）绕输出轴（19）转动，试管夹（25）下方设有位置传感器，通过直流电机（16）和Y轴步进电机（10）分别调整取盖机械手（5）转动角度和沿Y轴方向位移，当每对试管夹（25）分别与各试管盖（32）对齐后，定位完成；

第四步：取盖阶段，初始状态下，试管夹（25）处于打开状态，凸轮从动盘（28）与凸轮（23）的远休止点接触配合，螺旋弹簧（31）处于压缩量最大状态，Z轴步进电机（12）启动，通过滚轴丝杠机构带动Z轴滑动工作台（11）沿着滑块导轨向下移动，从而带动取盖机械手（5）沿着Z轴向下移动，直到试管盖（32）移动至试管夹套筒（29）内部且试管夹下缘（30）低于试管盖（32）下缘位置时，Z轴步进电机（12）停止转动；

第五步：第一直流电机（21）启动，通过涡轮蜗杆减速器（20）将动力传输至凸轮轴（22），从而带动凸轮（23）绕凸轮轴（22）缓慢转动90°，凸轮从动盘（28）由远休止点移动至近休止点，此时试管夹（25）在螺旋弹簧（31）回复力的作用下绕转轴（24）转动闭合，试管夹下缘（30）卡在试管盖（32）的下缘位置；

第六步：Z轴步进电机（12）启动反向转动，通过滚轴丝杠机构带动Z轴滑动工作台（11）沿着滑块导轨向上移动，从而带动取盖机械手（5）沿着Z轴向上移动，直到取盖机械手（5）夹着试管盖（32）脱离试管（33）管口，启动电磁阀（42），使得Z轴机械臂（3）锁止，防止Y轴机械臂（4）沿Z轴下滑，至此，取盖任务完成；

第七步：回收阶段，Y轴步进电机（10）启动反向转动，通过滚轴丝杠机构带动Y轴滑动工作台（13）沿着滑块导轨向后移动，从而带动取盖机械手（5）沿着Y轴向后移动，当取盖机械手（5）移动至试管盖回收盒（43）上方时，Y轴步进电机（10）停止转动，X轴步进电机（6）启动，通过滚轴丝杠机构（7）带动X轴滑动工作台（8）沿着滑块导轨（39）移动，从而带动取盖机械手（5）沿着X轴移动，使得取盖机械手（5）微调至试管盖回收盒（43）正上方时，电机（6）停止转动，

第八步：第一直流电机（21）启动反向转动，通过涡轮蜗杆减速器（20）将动力传输至凸轮轴（22），从而带动凸轮（23）绕凸轮轴（22）缓慢转动90°，凸轮从动盘（28）由近休止点移动至远休止点，此时试管夹（25）在螺旋弹簧（31）回复力的作用下绕转轴（24）转动打开，当试管夹（25）张开至最大开口后，试管盖（32）在重力的作用下落入试管盖回收盒（43）内，完成试管盖（32）的回收任务；

第九步：完成取盖后的试管（33）与试管架（34）在传送带的带动下一起随着流水线移动，至下一个工序，供工作人员对样本进行分析、检测；完成一组试管的取盖任务后，重复上述步骤，该装置继续对下一组试管进行取盖操作。