手持加盖器/去盖器设备和方法 |
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| 申请号 | CN202180086750.3 | 申请日 | 2021-12-20 | 公开(公告)号 | CN116723995A | 公开(公告)日 | 2023-09-08 |
| 申请人 | 安升达美国股份有限公司; | 发明人 | H·哈兹勒; R·莱特; S·P·玛利亚; R·吉; | ||||
| 摘要 | 在手持加盖器/去盖器设备中，成阵列的盖 驱动器 由旋转 马 达阵列驱动，这些旋转马达沿正向旋转方向和反向旋转方向驱动盖驱动器以将盖加盖到带 螺纹 的容器并从带螺纹的容器去盖。共用线性驱动器驱动顶出销穿过盖驱动器的中心以将盖从盖驱动器顶出。单按钮操作由 控制器 启用，该控制器响应于控制按钮的按下和释放来在去盖功能与加盖功能之间交替。加盖功能通过顶出销的延伸完成顶出。还可以设置顶出按钮，以用于在不旋转盖驱动器的情况下顶出。盖驱动器抵靠向盖驱动器施加轴向 力 的 压缩 弹簧 浮动。盖的顶出是错开的，以减少所需的力。设计成对应于盖设计的可更换的盖驱动器被 支撑 在可移除的筒中，该筒通过磁体固持在手持壳体上。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种手持加盖器/去盖器设备，包括： |
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| 说明书全文 | 手持加盖器/去盖器设备和方法[0001] 相关申请 [0002] 本申请要求于2020年12月21日提交的美国临时申请号63/128,683的权益。上述申请的全部传授内容通过引用并入本文。 背景技术[0003] 化学分析和处理通常在样品管中进行，样品管可以被加盖并以阵列形式存储在架子中，例如每个架子有16到96个管。从历史上看，管的加盖和去盖是单独手工完成的，但最近，引入了用于对整个阵列或阵列中的排进行加盖和去盖的自动化系统。另一种选择是使用手持设备来对阵列的整排进行加盖和去盖。发明内容 [0004] 对样品管去盖、从管中或向管中吸移样品、以及对样品管重新加盖的手动过程是非常重复性的过程。如此，存在重复性劳损伤的危险。所披露的手持加盖器/去盖器设备旨在简化加盖器/去盖器操作并使重复性劳损最小化。 [0005] 手持加盖器/去盖器设备可以包括壳体，该壳体被配置成用手保持在带螺纹的容器(比如样品管)阵列上。盖驱动器阵列由壳体支撑并且驱动器被配置成接合和固持带螺纹的盖。机动化旋转驱动器沿正向旋转方向和反向旋转方向驱动盖驱动器以将盖加盖到带螺纹的容器上并从带螺纹的容器去盖。由壳体支撑的顶出销延伸穿过盖驱动器。机动化线性驱动器驱动使顶出销平移穿过盖驱动器以将盖从盖驱动器顶出。马达控制器响应于壳体上的控制按钮来控制机动化旋转驱动器和机动化线性驱动器。控制器被配置成通过控制按钮的每次按下来控制去盖功能和加盖功能以及在去盖功能与加盖功能之间交替。在去盖功能中，机动化旋转驱动器沿反向旋转方向驱动盖驱动器以对带螺纹的容器进行去盖。在加盖功能中，机动化旋转驱动器沿正向旋转方向驱动盖驱动器以对带螺纹的容器进行加盖，然后机动化线性驱动器使顶出销平移穿过盖驱动器以将盖从盖驱动器顶出，然后缩回顶出销。因此，该设备允许单按钮操作。 [0006] 手持设备可以进一步包括壳体上的顶出按钮。马达控制器响应于顶出按钮的按下，使机动化线性驱动器驱动顶出销穿过盖驱动器，然后缩回顶出销。控制器然后进入通过控制按钮的下一次按下来执行去盖功能的状态。 [0007] 在去盖功能中，机动化旋转驱动器沿正向方向旋转以将盖驱动器接合到盖，之后沿反向旋转方向驱动盖驱动器。 [0008] 盖驱动器可以被支撑在可移除地附接至壳体的筒中。盖驱动器接合顶出销，以便通过顶出销由机动化旋转驱动器旋转。顶出销可以以单个固定行程长度被驱动，并且筒中的盖驱动器的长度可以与盖凹部的深度互补，以控制盖内的行程长度的深度。筒可以通过磁体固持在壳体上。 [0009] 盖驱动器可以抵靠压缩弹簧竖直地浮动。机动化线性驱动器可以具有固定行程长度，并且驱动器可以先接合一组顶出销再接合另一组顶出销。机动化旋转驱动器可以包括单独的旋转马达，每个马达联接到顶出销，以通过顶出销驱动盖驱动器，并且机动化线性驱动器可以包括驱动所有顶出销的共用线性马达。 [0010] 在使用该设备的方法中，手持设备上的盖驱动器抵靠带螺纹的容器定位。通过手持设备上的单个按钮，盖驱动器的机动化旋转驱动器和顶出销的机动化线性驱动器由马达控制器控制。控制器在去盖功能与加盖功能之间交替，并通过控制按钮的每次按下来控制每个功能。附图说明 [0011] 根据示例性实施例的以下更具体的说明，上述内容将是明显的，如在这些附图中展示的，其中，在所有不同的视图中，相同的附图标记指代相同的部分。这些图不一定是按比例绘出，而是着重展示实施例。 [0012] 图1A是体现本发明的手持加盖器/去盖器的立体图。 [0013] 图1B是图1A的手持设备的顶端的视图。 [0014] 图2展示了被插入到盖阵列中的手持设备的端部处的盖驱动器和顶出销。 [0015] 图3展示了图1A的手持设备与储存在盖架子中的一排盖的对齐。 [0016] 图4是与架子中的一排盖对齐的盖驱动器的放大图。 [0017] 图5展示了手持设备的盖驱动器抵靠盖架子中的一排盖。 [0018] 图6展示了在从盖托盘移除一排盖之后这些盖由手持设备的盖驱动器接合。 [0019] 图7展示了由手持设备的盖驱动器固持的盖与要被加盖的一排管对齐。 [0020] 图8A是手持设备的控制器的操作流程图；以及图8B是没有顶出按钮的替代实施例的流程图。 [0021] 图9展示了从手持设备移除的盖承载筒。 [0022] 图10是从手持设备移除的盖驱动器筒的立体图。 [0023] 图11是安装在手持设备上的筒的侧视图，其中设备的侧面板被移除。 [0024] 图12A是图12B的机动化旋转驱动器的分解图，二者都是立体图。 [0025] 图13是在盖驱动器与盖的不同接合阶段的相邻盖驱动器和相关联的盖的截面图。 [0026] 图14是处于与从手持设备延伸的一排盖驱动器的不同接合阶段的一排盖的侧视图。 [0027] 图15是手持设备的立体图，其中面板被移除以示出设备的机动化旋转驱动器和机动化线性驱动器。 [0028] 图16是一排盖驱动器的侧视图，其中顶出销完全延伸。 [0029] 图17A至图17C是图15的驱动器的侧视图，示出了顶出销运动的序列。 [0030] 图18A是机动化旋转驱动器和机动化线性驱动器的立体图，其中顶出销处于缩回位置。 [0031] 图18B是类似于图18A的立体图，但其中顶出销处于完全延伸位置。 [0032] 图19A是在盖驱动器上的盖的截面图，其中顶出销处于缩回位置。 [0033] 图19B示出了从盖驱动器移除的盖，其中顶出销处于完全延伸位置。 [0034] 图20A是展示具有不同凹部深度的不同设计的相邻盖的截面图，其中顶出销处于缩回位置。 [0035] 图20B是类似于图20A的截面图，其中顶出销处于完全延伸位置。 具体实施方式[0036] 示例性实施例的描述如下。 [0037] 图1A展示了手持加盖器/去盖器，该手持加盖器/去盖器具有从壳体104的一端延伸的八个盖驱动器102和在壳体的相反端处的手柄106。可以设置其他数量的盖驱动器，但八个最适合大多数应用。可以用单个控制(动作)按钮108来执行对加盖器/去盖器操作的控制，但是也可以包括附加的顶出按钮110。设备的加盖(C)或去盖(D)状态可以分别从设备112的顶端处的LED指示器116和118(图1B)确定。还示出了电池电量指示器120和充电端口 122。顶出销114延伸穿过驱动器102，以用于将盖或已加盖的管从设备中顶出。 [0038] 在操作中，如图2所示，具有顶出销的盖驱动器与一排具有螺纹部分204的盖202对齐，这些螺纹部分要被拧入样品管或其他容器的互补螺纹中。这些盖可以处于盖架子中以备使用，或者它们可以在去盖操作之前在加盖的样品管上。在任何一种情况下，手持设备都与盖对齐并抵靠盖设置。图3示出了手持设备100与架子302上的一排盖202对齐。 [0039] 图4是壳体104的具有盖驱动器102的端部与架子302上的一排盖202对齐的放大图。 [0040] 在图5中，设备100抵靠一排盖202设置，其中盖驱动器102压靠在盖上。为了接合盖，控制按钮108被按下并被释放以启动去盖过程。然后，设备100自动沿顺时针方向短暂地旋转盖驱动器以将盖驱动器特征206与盖凹部中的特征之间的空间对齐，从而允许盖驱动器通过轻微的摩擦配合被弹簧力压入凹部中。此后，在用于从架子上拾取盖和去盖两者的共同序列中，盖驱动器沿逆时针方向被旋转。如果架子没有螺纹，当从盖架子上取下盖时可能不需要逆时针旋转，但执行它是为了简化设备的编程，如下所述。 [0041] 在图6中，盖202被示出为由盖驱动器102固持在壳体104的端部处。壳体的面板被移除以显示下面要讨论的设备的内部。如图所示，架子302的一排端口602留空[0042] 图7示出了设备100与架子704中的一排未加盖的样品管702对齐，准备用一排盖202对管进行加盖。 [0043] 图8A是设备100内的电子控制器的经编程的操作的流程图，该电子控制器可能是微处理器。该设备只需执行两个主要功能：对样品容纳器进行去盖和加盖(包括重新加盖)。可以分别通过去盖和加盖功能执行两个次要功能，即从架子上拾取盖和将盖顶出比如到垃圾箱中。所有四个操作都可以通过针对每个连续操作按下单个控制按钮108一次来执行。通过单个按钮控制，顶出功能是使用重新加盖功能执行的，该重新加盖功能本身包括顶出已加盖的管。然而，可以设置第二按钮110仅用于顶出，其中优选的是在顶出功能期间不旋转盖驱动器。 [0044] 在设备在802处开机后，设备112的端部处的LED(D)点亮。当在804处首次按下并释放动作按钮108时，设备进入去盖功能806。各个盖驱动器马达顺时针旋转以将特征206与盖凹部中的特征之间的空间对齐，使得盖驱动器102可以在下文要描述的弹簧力下压入盖凹部中。由于盖的不同取向，盖驱动器将在不同的时间被压入相应的盖中。盖驱动器马达然后逆时针旋转以对管进行去盖或从盖托盘移除盖。在去盖功能结束时LED(C)打开，LED(D)关闭，以指示设备准备好进行加盖(重新加盖)功能。 [0045] 设备可以在去盖后被设置处于重新加盖功能中，因为在盖固持在盖驱动器上的情况下只会发生两个功能之一：重新加盖以将盖放回样品管上，或顶出以处理掉盖。如上所述，由于重新加盖功能808包括在将盖拧到样品管上之后的顶出步骤，因此重新加盖功能可以起到顶出功能的作用，尽管盖驱动器有不必要的旋转驱动。替代性地，当设备处于C模式、准备好进行加盖时，可以按下顶出按钮，814处的顶出之后是返回D模式。 [0046] 在对管进行加盖(重新加盖)时，已经固持在盖驱动器上的盖压靠在样品管上。动作按钮108在808处被按下并被释放。在重新加盖功能810中，每个盖驱动器马达被顺时针转动以释放特征206并允许盖驱动器102被设置到盖凹部中，然后将盖拧到管上。因为盖和样品管上的螺纹可能处于不同的取向，所以盖将可能在不同时间完全拧到样品管上。考虑到这些不同的时间，当达到适当的加盖扭矩时，驱动盖驱动器的各个马达就会停止运转。 [0047] 盖与盖驱动器摩擦配合。为了在不需要用户施加拉力的情况下从加盖的样品管上的盖上移除设备，顶出销被延伸以将各个盖驱动器推离盖，从而推离已加盖的管。顶出销然后缩回以进行下一次去盖操作，并且LED(C)关闭，同时LED(D)打开以完成重新加盖功能。 [0048] 现在盖驱动器没有任何盖，下一个操作将需要从盖托盘或一排加盖的样品管拾取盖。如所述，去盖功能用于从盖托盘移除盖，因此设备被正确地置于去盖模式(D)，为再次按下操作按钮时的去盖功能做好准备。 [0049] 当顶出按钮110在812处被按下时，设备将可能刚刚完成去盖功能并且盖固持在盖驱动器上，但是它可以在开机之后、在去盖功能之后、在重新加盖功能之后或甚至在先前的顶出功能之后被按下。在去盖功能之后，固持在设备上的盖被顶出。在其他功能之后，设备无害地继续进行顶出功能814。在顶出功能814中，顶出销在马达控制下延伸以将盖推离盖驱动器。在这种机动化的顶出中，除了按下和释放顶出按钮外，用户无需提供任何力。在机动化的顶出后，顶出销缩回，LED(C)关闭，LED(D)打开，以指示设备没有盖并准备好进行去盖功能。 [0050] 通过盖驱动器的机动化旋转和顶出销的机动化线性驱动，用户可以通过很少的物理输入进行简单的单按钮操作。可选的顶出按钮允许在不旋转盖驱动器的情况下实现顶出功能，从而节省电力和时间。 [0051] 图8B是其中不包括顶出按钮的设备操作的流程图。去盖功能806和重新加盖功能810与图8A的相同。消除了顶出功能。如前所述，该功能可以替代地由重新加盖功能810来执行。 [0052] 现在将描述设备100的内部结构和操作。 [0053] 为了允许准备好与不同样式的盖一起使用，八个盖驱动器102被支撑在图9的盖驱动器筒902中并且可在该筒内更换。盖驱动器102在其上端包括花键904，并且盖驱动器由从壳体104突出并装配在花键之间的驱动毂1002(图10)旋转。为了将筒902与壳体104配合，在顶出销114上将筒朝向壳体104移动。顶出销穿过中心孔，这些中心孔延伸驱动器102在筒902内的长度。 [0054] 图10示出了侧面板从壳体104移除以示出装配到盖驱动器102的花键904中的驱动毂1002。顶出销114延伸穿过并且能够平移穿过这些毂。当筒902完全向上移位到壳体104的基部上时，它通过吸引在筒的两端处的固位板1006的磁体1004固持在那里。因此，筒902可以通过简单地用足以克服磁体的强度的力将其拉开而容易地从壳体104移除，并且可以容易地安装具有不同样式的盖驱动器的新筒。筒中的盖驱动器也可以如下所述进行更换，以允许筒适应不同的盖样式。 [0055] 在图11中，筒902被磁体固持在壳体104的基部上。在该位置，顶出销114完全延伸穿过盖驱动器102并且盖驱动器花键904定位到相应驱动毂1002的任一侧。 [0056] 图12B展示了用于驱动单独的盖驱动器102的驱动毂1002的机动化旋转驱动器。如图11所示，驱动毂1002设置在盖驱动器的一对花键904内。图11中未示出延伸穿过筒902的盖驱动器驱动轴1202。图12A是直到毂1002的机动化旋转驱动器的分解图。在每个驱动器中，顶出销114由具有齿轮头1204的单独DC马达通过传动系统旋转，该传动系统使顶出销能够又旋转毂1002。还提供顶出销114穿过盖驱动器的轴向移动，并且顶出销的机动化线性驱动在下面描述。 [0057] 扭矩花键1206中的中心孔内的特征(未示出)键合到DC马达1204的驱动轴1209上的平面1208上。扭矩花键又键合到顶出毂1210的中心孔内的特征(未示出)。凹槽1212的任一侧上的花键1207允许顶出毂1210旋转，同时还允许毂1210沿花键1206轴向移动。在其上端处，顶出销毂1210具有限定凸缘1222的圆周凹槽1220，其特征将关于图15、图17、图18A和图18B中的线性驱动器进行解释。顶出销毂1210的花键1214与固定到驱动毂1002的花键1216配合，以引起驱动毂1002被顶出毂1210旋转，同时准许顶出销轴向平移穿过驱动毂。在图12B的组件中，顶出销延伸穿过驱动毂1002，并且花键1216将压缩弹簧1218压靠在顶出销毂1210上。弹簧1218通过驱动毂1002向盖驱动器102施加压力以将其压入盖中，如下所述。 [0058] 图13展示了图12B的传动系统中的两个传动系统的下端固持在筒902中并压靠在盖202上。盖驱动器驱动轴1202延伸穿过筒902中的端口1301。它们在筒端口中自由地上下移动，仅受下端处的凸缘1306和设置在上端处的凹槽1304中的C形夹1302的限制。 [0059] 当手持设备抵靠一排盖202设置时，由于盖驱动器102的旋转特征206与盖凹部1310的特征1308之间的干涉，盖驱动器可以最初搁置在盖上，如左侧所示。在该状态下，盖驱动器向上压靠驱动毂1002，该驱动毂抵抗弹簧1218向上浮动。当盖驱动器102被旋转使得特征允许其被压入盖的凹部中时，压缩弹簧1218施加的力向下压在盖驱动器上以克服摩擦，并且盖驱动器移动到盖的顶部凹部中，如图13右侧所示。因此，作用于压缩弹簧1218的浮动盖驱动器允许各个盖驱动器独立地安置在盖凹部中，如旋转特征所允许的，而无需用户施加力。图14示出了八个盖驱动器在插入的不同阶段被设置到盖凹部中。 [0060] 图15示出了向下驱动顶出销以从盖驱动器102释放盖的机动化线性驱动器。顶出毂1210的每个凸缘1222搁置在水平驱动板1502上。该驱动板又由旋转马达1504通过导螺杆1506竖直驱动。马达1504固定到支架1505。当板1502被向下驱动时，它接触顶出毂1210中的凹槽1220的下表面，从而向下驱动顶出销。 [0061] 马达1204和相关联的扭矩花键1206安装到固定支架1508。当马达1204保持静止时，每个顶出毂1210相对于扭矩花键的平移允许顶出销114向下平移。 [0062] 设备的特征是错开顶出销运动，以允许盖在不同时间被顶出，而不是一次被顶出。在盖顶出开始时间中增加增量延迟使得减少推出盖所需的力。在所披露的设备中，八个盖的阵列中位于中心位置的四个盖首先被顶出，而其余四个盖(每端两个)在延迟之后才被顶出。最初仅顶出四个盖，所需的力减少，并且产生的动量用于将剩余的盖推出，从而使得启动剩余盖的运动所需的马达力甚至更少。图16展示了在顶出期间顶出销的错开式布置。在整个顶出移动中，四个中心销比两端的两个销延伸得更远。 [0063] 图17A至图17C展示了用于获得交错式驱动的机构。附加板1702位于板1502下方、在四个中心顶出毂1210处。图17A示出了顶出销缩回的系统。当顶出板1502向下移动时，附加板立即如图17B所示按压凹槽1220的下表面，以启动中心四个顶出销向下移动。由于顶出板1502比顶出毂的凹槽1220更窄，因此顶出板仅在短暂延迟后撞击那些顶出毂的凹槽1220的下表面，图17C。然后端部顶出销向下移动，相对于中心销稍微升高，如图16所示。 [0065] 图18A和图18B示出了处于缩回位置(图18A)和延伸顶出位置(图18B)的图15的系统。在图18A的缩回位置，板1502处于升高位置，其中导螺杆1506完全暴露在板1502下方。该板支撑所有八个顶出毂凸缘1222以将顶出销固持在升高的位置，都在相同的高度处。 [0066] 在图18B中，板1220已经被导螺杆1506降低，从而迫使板1702抵靠中心顶出销毂的凹槽1220的下表面，并且板1502本身抵靠端部顶出销毂的凹槽1220的下表面，从而比阵列两端处的两个顶出销进一步降低中心四个顶出销少量。在图18B中，弹簧1218被压缩，端部凹槽1220的上部部分被暴露，并且当顶出销已经从固定扭矩花键和马达组件向下移动时扭矩花键1206中的凹槽1212被暴露。 [0067] 图19A示出了安置在盖202的凹部中的盖驱动器102，其中顶出弹簧114处于缩回位置。在图19B中，顶出弹簧114已经完全延伸以将盖202推离盖驱动器102。当然，在加盖操作期间，盖102将被拧入样品管中，顶出将盖驱动器102从已加盖的管释放。 [0068] 盖驱动器102被设计成对应于特定样式的盖。该设计的一个方面是凸缘1306下方驱动器的下端尺寸适当确定，并具有适当的特征以压配合在盖凹部内并与盖凹部中的特征1308适当对齐。该设计的另一个方面是允许顶出销114的固定长度的平移，而不管凹部的深度如何。为此，对于如图20A和图20B的左侧所示的具有浅凹部的盖，盖驱动器102a具有较长的凸缘1306a。对于如盖202b中所示的具有较深凹部的盖，设置较短的凸缘1306b。图20A示出了在完全接合的盖驱动器内缩回的顶出销114。在图20B中，两个销114都延伸了相同的距离，并且每个都以相同的行程长度接合相应盖凹部的底部，即使盖202a具有比盖202b浅得多的凹部。 |
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