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实验动物无人化实验系统

阅读：989发布：2020-05-11

专利汇可以提供实验动物无人化实验系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且实验动物无人化实验系统采用运输机器人、调度管理、通信交互、自动化装置结合形成的智慧运输，能够实现对实验用的动物全程自动输送、跟踪、标定等效用。实验动物无人化实验系统可以使实验动物实现从饲舍到实验室的全自动转运运输。智能运输机器人及其它自动化设备联动实现整个场地的无人化操作。通过自送化运输、清洗、实验能够最大限度的减少动物与实验人员的接触，进而避免感染等相关问题，减少在运输过程中带来的额外风险。，下面是实验动物无人化实验系统专利的具体信息内容。

权利要求

1.实验动物无人化实验系统，其特征在于，包括应用层、系统服务器和连接系统服务器的动物驱赶模块、动物输送模块、清洗消毒模块、CT实验模块、充电调度模块；所述的应用层通过人机交互方式对系统服务器下达实验任务并对系统数据进行监控；所述的动物驱赶模块包括动物耳标管理单元、动物驱赶装置、自动门控装置；所述的动物输送模块包括运输机器人、动物装载栏、机器人充电管理单元、机器人调度单元；所述的动物驱赶模块通过系统服务器下发任务订单的动物耳标数据，自动将目标动物驱赶至指定栏门附近并驱赶至动物装载栏；所述的动物输送模块通过机器人调度单元控制运输机器人将任务订单的动物装载栏运输至清洗消毒模块和CT实验模块对动物进行自动清洗和CT实验；所述的机器人充电管理单元用于控制运输机器人进行充电动作。
2.根据权利要求1所述的实验动物无人化实验系统，其特征在于，具体的实验步骤内容如下：运输机器人启动并检查自身电量信息，如电量低于设定值则通过机器人充电管理单元控制进入充电流程；如电量充足，运输机器人进行位置原点初始化并移动至待机点待命；
实验人员通过应用层下发实验运送订单，运输机器人运行至动物舍门；通过动物驱赶作业流程将目标动物进行身份识别并装载至运输机器人的动物装载栏；运输机器人通过自主导航移动及自主避障执行配送；到达清洗消毒模块，信息上报系统服务器并卸载动物；通过动物清洗流程对动物进行身份识别并清洗；实验区域的运输机器人接受命令到清洗消毒模块外等待并上报系统服务器；系统服务器同时清洗消毒模块清洗完毕信号和运输机器人待命信号时对清洗消毒模块下达开门信号，运输机器人进入清洗消毒模块并装载清洗后的动物并运输至准备室；CT实验模块接收实验任务并通知运输机器人接收准备室的指定动物运输至CT实验模块的缓冲区；CT实验模块的CT 扫描仪通过高台转运机器人接驳，将动物送入CT扫描仪进行扫描；对目标动物进行CT实验。
3.根据权利要求2所述的实验动物无人化实验系统，其特征在于，所述的动物驱赶装置包括安装在舍栏两侧的滑轨驱动单元、架设在滑轨驱动单元上的驱赶板、用于驱动驱赶板在滑轨驱动单元上往复移动的驱动电机和用于控制电机动作并连接动物驱赶模块接收控制指令的启停控制器，所述的动物驱赶作业流程具体步骤如下为，动物驱赶模块接收订单任务并发出驱赶动物命令；启停控制器接收驱赶动物命令后启动驱动电机带动驱赶板向舍门移动，驱动板移动过程中同时进行小幅度往复运动；驱赶板移动到指定位置后通过启停控制器停止驱动电机并报送状态信息至动物驱赶模块；打开舍门等待装载结束；关闭舍门并发送复位命令至启停控制器，启停控制器反向启动驱动电机将驱赶板复位；检测驱赶板到起始位置，启停控制器停止驱动电机。
4.根据权利要求2所述的实验动物无人化实验系统，其特征在于，所述的动物装载栏包括主架平台，在主架平台的两侧设有护栏，在另外两侧均设有开闭门，在主架平台下方设有四个万向轮，在下方中部设有重力感应器和用于与运输机器人连接的连接部；所述的开闭门下端与主架平台铰接，其两侧通过气压缸与护栏连接，通过控制气压杆的伸缩从而驱动开闭门的打开与关闭；将动物装载至动物装载栏的流程内容如下：动物输送模块接收订单任务并通过机器人调度单元调度运输机器人将动物装载栏运输到指定舍门并发送命令打开动物装载栏朝向舍门的开闭门；收到开闭门打开状态信息后发送命令打开舍门并开启动物驱赶模块；待动物进入动物装载栏并收到重力感应器信号同时通过动物耳标管理单元收集耳标信号报送与订单任务动物信息作对比；动物信息对比匹配完成后发送命令关闭动物装载栏的开闭门；检测开闭门状态为关闭后报送装载完成状态至动物输送模块。
5.根据权利要求2所述的实验动物无人化实验系统，其特征在于，所述的清洗消毒模块的工作流程内容如下：运输机器人通过动物装载栏将动物运输至清洗消毒模块的门口发通知命令清洗消毒模块开门；清洗消毒模块开门结束反馈开门信号；运输机器人进入清洗消毒模块内部后与动物装载栏分离并反馈分离完成状态；运输机器人离开清洗消毒模块并通知清洗消毒模块关门；清洗消毒模块接受关门状态后报送运输动物装载栏完成等待清洗；
清洗消毒模块启动内部的自动清洗装置对动物进行清洗消毒。
6.根据权利要求2所述的实验动物无人化实验系统，其特征在于，所述的充电调度模块对运输机器人检查自身电量信息和充电流程内容如下：当运输机器人电量低于40％时，运输机器人出发充电需求，如无订单任务需求充电到95％，然后脱离充电桩，进入等待状态；
当运输机器人处于充电状态时，如有任务订单下达，电量大于40％的运输机器人脱离充电桩执行订单任务，订单任务完成后自动返回充电，直到电量达到95％后脱离充电桩，进入等待状态；当运输机器人电量低于20％时，拒绝任何任务订单并向应用层提示输运机器人电量过低，运输机器人执行充电任务，电量充电到40％方可接受订单，订单执行完成后自动返回充电桩充电，直到电量充到95％，然后脱离充电桩，进入等待状态；当输运机器人触发自动充电任务时，首先检测充电桩状态，如充电桩状态为空闲时，前往充电，如充电桩状态为被占用时，停止执行自动充电任务，机器人处于等待充电状态并每隔30分钟检测充电桩状态。
7.根据权利要求1至6任一项所述的实验动物无人化实验系统，其特征在于，所述的应用层包括电脑客户端、移动通信设备客户端。

说明书全文

实验动物无人化实验系统

技术领域

[0001] 本发明涉及自动控制技术领域，具体为一种实验动物无人化实验系统。

背景技术

[0002] 在生命科学、人类医药和健康研究领域,实验动物在生命活动中的生理和病理过程,与人类或异种动物都有很多相似之处,并可互为参照,一种动物的生命活动过程可以成为另一种动物或者人类的参照物；对一些难以在人身上进行的工作,及一些数量很少的珍稀动物,或一些因体型庞大、不易实施操作的动物种类,采用取材容易、操作简便的另一种动物来代替人类或原来的目标动物进行实验研究,这就是动物实验。为了保证这些动物实验更科学、准确和重复性好,可以用各种方法把一些需要研究的生理或病理活动相对稳定地显现在标准化的实验动物身上,供实验研究之用。这些标准化的实验动物就称之为模式动物。针对国家级重大科学基础设施项目中实现高度自动化、高通量化、智能化实验的要求，在进行针对模式动物的实验研究时，也应当实现实验过程中模式动物全程无人化、自动化的运输需求，而现有技术中并没有妥善的解决方案。将实验所需的动物样品自动从饲喂栏运输到其它目的地，实现动物样品全自动化的转运运输，则是目前亟待解决的课题。

[0003] 人工方式：当前实验室对动物实验的过程都是采用人工方式，抓取动物对动物进行清洗、消毒、麻醉、实验等过程。因实验人员参与了整体过程操作，会带来一系列人身安全风险、感染风险。同时也因整体过程中实验人员对实验动物的干预，会对实验动物的内分泌激素水平造成一定影响。

[0004] 自动化方式：目前采用Y型通道驱赶动物，然后采用周转箱方式，对场地要求比较高，需要较宽区域去建设Y型通道。同时这种方式没有建立从端到端过程可追溯，不能够实现全流程的运输追踪，缺少了与其他相关联系统的联动管理。尤其是需要通过一些防火门通道、电梯通道等区域，没有办法形成全过程无人化、自动化。

发明内容

[0005] 本发明的目的是克服上述现有技术的缺点，通过实验动物无人化实验系统采用运输机器人、调度管理、通信交互、自动化装置结合形成的智慧运输，能够实现对实验用的动物全程自动输送、跟踪、标定等效用。实验动物无人化实验系统可以使实验动物实现从饲舍到实验室的全自动转运运输。智能运输机器人及其它自动化设备联动实现整个场地的无人化操作。通过自送化运输、清洗、实验能够最大限度的减少动物与实验人员的接触，进而避免感染等相关问题，减少在运输过程中带来的额外风险。

[0006] 本发明是通过以下技术方案来实现的：

[0007] 实验动物无人化实验系统，包括应用层、系统服务器和连接系统服务器的动物驱赶模块、动物输送模块、清洗消毒模块、CT实验模块、充电调度模块；所述的应用层通过人机交互方式对系统服务器下达实验任务并对系统数据进行监控；所述的动物驱赶模块包括动物耳标管理单元、动物驱赶装置、自动门控装置；所述的动物输送模块包括运输机器人、动物装载栏、机器人充电管理单元、机器人调度单元；所述的动物驱赶模块通过系统服务器下发任务订单的动物耳标数据，自动将目标动物驱赶至指定栏门附近并驱赶至动物装载栏；所述的动物输送模块通过机器人调度单元控制运输机器人将任务订单的动物装载栏运输至清洗消毒模块和CT实验模块对动物进行自动清洗和CT实验；所述的机器人充电管理单元用于控制运输机器人进行充电动作。

[0008] 实验动物无人化实验系统，具体的实验步骤内容如下：运输机器人启动并检查自身电量信息，如电量低于设定值则通过机器人充电管理单元控制进入充电流程；如电量充足，运输机器人进行位置原点初始化并移动至待机点待命；实验人员通过应用层下发实验运送订单，运输机器人运行至动物舍门；通过动物驱赶作业流程将目标动物进行身份识别并装载至运输机器人的动物装载栏；运输机器人通过自主导航移动及自主避障执行配送；到达清洗消毒模块，信息上报系统服务器并卸载动物；通过动物清洗流程对动物进行身份识别并清洗；实验区域的运输机器人接受命令到清洗消毒模块外等待并上报系统服务器；
系统服务器同时清洗消毒模块清洗完毕信号和运输机器人待命信号时对清洗消毒模块下达开门信号，运输机器人进入清洗消毒模块并装载清洗后的动物并运输至准备室；CT实验模块接收实验任务并通知运输机器人接收准备室的指定动物运输至CT实验模块的缓冲区；
CT实验模块的CT 扫描仪通过高台转运机器人接驳，将动物送入CT扫描仪进行扫描；对目标动物进行CT实验。

[0009] 作为上述方案的改进，所述的动物驱赶装置包括安装在舍栏两侧的滑轨驱动单元、架设在滑轨驱动单元上的驱赶板、用于驱动驱赶板在滑轨驱动单元上往复移动的驱动电机和用于控制电机动作并连接动物驱赶模块接收控制指令的启停控制器，所述的动物驱赶作业流程具体步骤如下为，动物驱赶模块接收订单任务并发出驱赶动物命令；启停控制器接收驱赶动物命令后启动驱动电机带动驱赶板向舍门移动，驱动板移动过程中同时进行小幅度往复运动；驱赶板移动到指定位置后通过启停控制器停止驱动电机并报送状态信息至动物驱赶模块；打开舍门等待装载结束；关闭舍门并发送复位命令至启停控制器，启停控制器反向启动驱动电机将驱赶板复位；检测驱赶板到起始位置，启停控制器停止驱动电机。

[0010] 作为上述方案的改进，所述的动物装载栏包括主架平台，在主架平台的两侧设有护栏，在另外两侧均设有开闭门，在主架平台下方设有四个万向轮，在下方中部设有重力感应器和用于与运输机器人连接的连接部；所述的开闭门下端与主架平台铰接，其两侧通过气压缸与护栏连接，通过控制气压杆的伸缩从而驱动开闭门的打开与关闭；将动物装载至动物装载栏的流程内容如下：动物输送模块接收订单任务并通过机器人调度单元调度运输机器人将动物装载栏运输到指定舍门并发送命令打开动物装载栏朝向舍门的开闭门；收到开闭门打开状态信息后发送命令打开舍门并开启动物驱赶模块；待动物进入动物装载栏并收到重力感应器信号同时通过动物耳标管理单元收集耳标信号报送与订单任务动物信息作对比；动物信息对比匹配完成后发送命令关闭动物装载栏的开闭门；检测开闭门状态为关闭后报送装载完成状态至动物输送模块。

[0011] 作为上述方案的改进，所述的清洗消毒模块的工作流程内容如下：运输机器人通过动物装载栏将动物运输至清洗消毒模块的门口发通知命令清洗消毒模块开门；清洗消毒模块开门结束反馈开门信号；运输机器人进入清洗消毒模块内部后与动物装载栏分离并反馈分离完成状态；运输机器人离开清洗消毒模块并通知清洗消毒模块关门；清洗消毒模块接受关门状态后报送运输动物装载栏完成等待清洗；清洗消毒模块启动内部的自动清洗装置对动物进行清洗消毒。

[0012] 作为上述方案的改进，所述的充电调度模块对运输机器人检查自身电量信息和充电流程内容如下：当运输机器人电量低于40％时，运输机器人出发充电需求，如无订单任务需求充电到95％，然后脱离充电桩，进入等待状态；当运输机器人处于充电状态时，如有任务订单下达，电量大于40％的运输机器人脱离充电桩执行订单任务，订单任务完成后自动返回充电，直到电量达到95％后脱离充电桩，进入等待状态；当运输机器人电量低于20％时，拒绝任何任务订单并向应用层提示输运机器人电量过低，运输机器人执行充电任务，电量充电到40％方可接受订单，订单执行完成后自动返回充电桩充电，直到电量充到95％，然后脱离充电桩，进入等待状态；当输运机器人触发自动充电任务时，首先检测充电桩状态，如充电桩状态为空闲时，前往充电，如充电桩状态为被占用时，停止执行自动充电任务，机器人处于等待充电状态并每隔30分钟检测充电桩状态。

[0013] 作为上述方案的改进，所述的应用层包括电脑客户端、移动通信设备客户端[0014] 本发明具有以下有益效果：

[0015] 能够实现多个系统间的联动，从实验下单、动物筛选、过程运输、清洁消毒、动物实验、实验后送回等过程的全程自动化；实验动物的全过程能够实现信息可跟踪，信息追溯。同时在运输过程中能够满足全程实时位置跟踪，确保实验动物在可控状态下完成实验；无人实验系统通过电动门联动、电梯联动、清洗装置联动、麻醉装置联动、CT扫描装置联动、高台搬运装置联动，实现全过程数据共享、无人化实验操作

[0016] 无人化实验管理系统：具备页面显示、数据分析、实验下单、任务管理、数据管理、权限管理等功能。同时实验管理系统能够对各个子系统进行统一管理，实现各个分部子系统之间的联动管理和数据共享。

[0017] 自动驱赶系统：自动驱赶系统包含有：动物耳标管理、滑轨驱赶装置、自动门控装置、wifi通信装置。自动驱赶系统接收无人化实验管理系统下发的动物耳标数据，可自动将动物驱赶到栏门附近，然后将动物驱赶到自动运输车辆上，进行其他实验过程。

[0018] 智能运输系统：智能运输系统包含有：运输机器人、智能运输栏、机器人充电管理、机器人调度管理。运输系统接收实验管理系统的订单任务，自动行走到相应的动物栏，将动物运输到其他实验装置进行实验。

[0019] 清洗消毒系统：清洗消毒系统包含有：自动清洗机、远程通信装置、电子控制器。运输机器人将动物运输到清洗机后，联动清洗消毒装置实现自动清洗。

[0020] 自动CT实验系统：自动CT实验系统包含有：高台机器人、远程通信装置、电子控制器。运输机器人与高台运输机器人接驳，联动CT扫描仪实现自动实现过程。

[0021] 充电调度管理系统：充电调度管理系统主要采用网络通信对接，获取机器人的电量数据，实现运输机器人与充电桩之间的联动，从而达到区域内机器人能够实现充电桩效率最大化。附图说明

[0022] 图1为本发明的实验动物无人化实验系统的框架示意图。

[0023] 图2为本发明的动物驱赶装置的结构示意图。

[0024] 图3为本发明的动物装载栏的结构示意图。

[0025] 图4为本发明的动物装载栏的开闭门打开状态示意图。

[0026] 附图标记说明：滑轨驱动单元1、驱赶板2、主架平台3、主架平台3、护栏4、开闭门5、万向轮6、连接部7、气压缸8。

具体实施方式

[0027] 实施例

[0028] 如图1所示，实验动物无人化实验系统，包括应用层、系统服务器和连接系统服务器的动物驱赶模块、动物输送模块、清洗消毒模块、CT实验模块、充电调度模块；所述的应用层通过人机交互方式对系统服务器下达实验任务并对系统数据进行监控；所述的动物驱赶模块包括动物耳标管理单元、动物驱赶装置、自动门控装置；所述的动物输送模块包括运输机器人、动物装载栏、机器人充电管理单元、机器人调度单元；所述的动物驱赶模块通过系统服务器下发任务订单的动物耳标数据，自动将目标动物驱赶至指定栏门附近并驱赶至动物装载栏；所述的动物输送模块通过机器人调度单元控制运输机器人将任务订单的动物装载栏运输至清洗消毒模块和CT实验模块对动物进行自动清洗和CT实验；所述的机器人充电管理单元用于控制运输机器人进行充电动作。

[0029] 实验动物无人化实验系统，具体的实验步骤内容如下：运输机器人启动并检查自身电量信息，如电量低于设定值则通过机器人充电管理单元控制进入充电流程；如电量充足，运输机器人进行位置原点初始化并移动至待机点待命；实验人员通过应用层下发实验运送订单，运输机器人运行至动物舍门；通过动物驱赶作业流程将目标动物进行身份识别并装载至运输机器人的动物装载栏；运输机器人通过自主导航移动及自主避障执行配送；到达清洗消毒模块，信息上报系统服务器并卸载动物；通过动物清洗流程对动物进行身份识别并清洗；实验区域的运输机器人接受命令到清洗消毒模块外等待并上报系统服务器；
系统服务器同时清洗消毒模块清洗完毕信号和运输机器人待命信号时对清洗消毒模块下达开门信号，运输机器人进入清洗消毒模块并装载清洗后的动物并运输至准备室；CT实验模块接收实验任务并通知运输机器人接收准备室的指定动物运输至CT实验模块的缓冲区；
CT实验模块的CT扫描仪通过高台转运机器人接驳，将动物送入CT扫描仪进行扫描；对目标动物进行CT实验。

[0030] 如图2所示，所述的动物驱赶装置包括安装在舍栏两侧的滑轨驱动单元1、架设在滑轨驱动单元1上的驱赶板2、用于驱动驱赶板2在滑轨驱动单元1上往复移动的驱动电机(未示出)和用于控制电机动作并连接动物驱赶模块接收控制指令的启停控制器(未示出)，所述的动物驱赶作业流程具体步骤如下为，动物驱赶模块接收订单任务并发出驱赶动物命令；启停控制器接收驱赶动物命令后启动驱动电机带动驱赶板2向舍门移动，驱动板移动过程中同时进行小幅度往复运动；驱赶板2移动到指定位置后通过启停控制器停止驱动电机并报送状态信息至动物驱赶模块；打开舍门等待装载结束；关闭舍门并发送复位命令至启停控制器，启停控制器反向启动驱动电机将驱赶板2复位；检测驱赶板2到起始位置，启停控制器停止驱动电机。

[0031] 如图3、图4所示，所述的动物装载栏包括主架平台3，在主架平台3的两侧设有护栏4，在另外两侧均设有开闭门5，在主架平台3下方设有四个万向轮6，在下方中部设有重力感应器(未示出)和用于与运输机器人连接的连接部7；所述的开闭门5下端与主架平台3铰接，其两侧通过气压缸8与护栏4连接，通过控制气压杆的伸缩从而驱动开闭门5的打开与关闭；
将动物装载至动物装载栏的流程内容如下：动物输送模块接收订单任务并通过机器人调度单元调度运输机器人将动物装载栏运输到指定舍门并发送命令打开动物装载栏朝向舍门的开闭门5；收到开闭门5打开状态信息后发送命令打开舍门并开启动物驱赶模块；待动物进入动物装载栏并收到重力感应器信号同时通过动物耳标管理单元收集耳标信号报送与订单任务动物信息作对比；动物信息对比匹配完成后发送命令关闭动物装载栏的开闭门5；
检测开闭门5状态为关闭后报送装载完成状态至动物输送模块。

[0032] 所述的清洗消毒模块的工作流程内容如下：运输机器人通过动物装载栏将动物运输至清洗消毒模块的门口发通知命令清洗消毒模块开门；清洗消毒模块开门结束反馈开门信号；运输机器人进入清洗消毒模块内部后与动物装载栏分离并反馈分离完成状态；运输机器人离开清洗消毒模块并通知清洗消毒模块关门；清洗消毒模块接受关门状态后报送运输动物装载栏完成等待清洗；清洗消毒模块启动内部的自动清洗装置对动物进行清洗消毒。

[0033] 所述的充电调度模块对运输机器人检查自身电量信息和充电流程内容如下：当运输机器人电量低于40％时，运输机器人出发充电需求，如无订单任务需求充电到95％，然后脱离充电桩，进入等待状态；当运输机器人处于充电状态时，如有任务订单下达，电量大于40％的运输机器人脱离充电桩执行订单任务，订单任务完成后自动返回充电，直到电量达到95％后脱离充电桩，进入等待状态；当运输机器人电量低于20％时，拒绝任何任务订单并向应用层提示输运机器人电量过低，运输机器人执行充电任务，电量充电到40％方可接受订单，订单执行完成后自动返回充电桩充电，直到电量充到95％，然后脱离充电桩，进入等待状态；当输运机器人触发自动充电任务时，首先检测充电桩状态，如充电桩状态为空闲时，前往充电，如充电桩状态为被占用时，停止执行自动充电任务，机器人处于等待充电状态并每隔30分钟检测充电桩状态。

[0034] 上列详细说明是针对本发明可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。

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