一款試管加蓋機的設(shè)計

馬雪潔，鐘鄂繪，鄭洪波

（1.廣東科學(xué)技術(shù)職業(yè)學(xué)院機電學(xué)院，廣東珠海 519090；2.珠海倍健電子科技有限公司，廣東珠海 519091）

0 引言

作為醫(yī)學(xué)臨床檢驗，用試管采集血液等作為化驗樣本，是最常見的方式。在用試管采集的樣本提取分析后，試管內(nèi)剩余的樣本還需要短期或長期保存。在保存的過程中，需要將試管密封以防止樣本揮發(fā)污染環(huán)境。目前，需要加蓋的血樣一般是由醫(yī)護人員手工操作。手工加蓋操作除了使醫(yī)護工作人員勞動繁重外，還存在試管口破裂劃傷操作人員，造成交叉感染的危險。隨著醫(yī)院檢驗項目的增加，尤其是一些大醫(yī)院，醫(yī)院內(nèi)每天的化驗量很大，“加蓋”這種工作無疑成了較為繁鎖的體力勞動，影響檢驗的效率。因此，醫(yī)學(xué)實驗室急需一種具有生物安全防護功能的加蓋裝置，以替代試管標本加蓋過程的手工操作。為改善這種狀況，研制了試管加蓋裝置[1]。

本裝置的發(fā)明，可以輕松地解決試管加蓋的問題，既解決了職業(yè)暴露風(fēng)險問題，避免試管破損對人身的傷害，也減輕了操作者的體力勞動，同時，也是實驗室自動化的一個組成部分，提供了一個滿足其技術(shù)要求，能穩(wěn)妥地加蓋試管蓋，又具備了安全防護的功能的裝置。

1 用途及性能

（1）試管加蓋裝置主要用于醫(yī)院檢驗科、實驗室，在臨床檢驗過程中，檢驗分析后，試管內(nèi)樣本需短期保存，給樣本試管加蓋密封儲存的一個裝置，便于以后復(fù)查檢驗使用。

（2）它既可以替代現(xiàn)有的手工作業(yè)，杜絕醫(yī)護人員因手工加蓋帶來的潛在生物污染風(fēng)險，又可降低醫(yī)護人員的勞動強度，提高工作效率。該機可同時為40個試管加蓋，一次操作約為50 s，每小時能為試管加蓋2 500～2 800個。

（3）該機設(shè)計巧妙、操作方便，具有體積小，結(jié)構(gòu)簡單，效率高，實用性強，安全性好并且制造成本低等優(yōu)點。不同直徑的試管，可同時上架加蓋，一種蓋子可蓋兩種不同直徑的試管，無需分類。

2 加蓋裝置的組成與原理

試管加蓋裝置由上底板、蓋帽架、加帽桿、加帽桿壓力傳感器板、中板、轉(zhuǎn)盤、下底板等組成。如圖1所示。

圖1 試管加蓋裝置組成

整個加蓋機的本體為一個門架體結(jié)構(gòu)，內(nèi)具有一個能上下運動的蓋帽架和一個能來回轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)盤。蓋帽架上有加帽桿和傳感器板，整個蓋帽架由電機1上下驅(qū)動。轉(zhuǎn)盤上有試管蓋架和試管架，整個轉(zhuǎn)盤由電機2驅(qū)動。當裝有試管蓋的試管蓋架放入加蓋機后，電動機2驅(qū)動轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動，將試管蓋架送到蓋帽架下方。電機1驅(qū)動蓋帽架向下移動，將加帽桿插入試管蓋架取蓋；當試管蓋被加帽桿插入后，加帽桿在蓋帽架帶動下上升，試管蓋被拾取，等待將試管加蓋。當裝有試管的試管架放入加蓋機后，電機2驅(qū)動轉(zhuǎn)盤，將試管架送到蓋帽架下方，同時試管蓋架被移出，此時，如果試管蓋架里沒有試管蓋了，可以更換試管蓋架或加裝試管蓋。

在試管架到位后，加帽桿在蓋帽架的帶動下，向下將試管帽壓進試管口，為保證試管蓋被壓緊，蓋帽架繼續(xù)向下，通過彈簧向加帽桿增加壓力，直到一定距離后，蓋帽架上的傳感器板探測到加帽桿后停止；電機1驅(qū)動蓋帽架上升到最高點，完成加蓋。電機2驅(qū)動轉(zhuǎn)盤將試管架送出，試管蓋架被送進，再可以進行下一輪加蓋工作。

3 結(jié)構(gòu)創(chuàng)新

（1）專用試管蓋的結(jié)構(gòu)設(shè)計

與試管加蓋裝置相配合的試管蓋是特制的，既易于拾取，又易于加蓋的專用試管蓋，如圖2所示。該試管蓋為一圓梯臺型瓶蓋，其下部的內(nèi)徑與試管內(nèi)徑相同，以保證加蓋試管的密封效果。上部的外徑大于試管外徑，中間有一圓柱狀沉孔，沉孔內(nèi)有一圈凸緣，可以是點狀或者條狀，在加帽桿插入沉孔的時候，起到卡口的作用[2]。

圖2 試管蓋結(jié)構(gòu)平面及立體圖

（2）加帽桿結(jié)構(gòu)的設(shè)計

加帽桿是一條或多條帶有彈簧的長條管，管的頭部的直徑大小可以插入試管蓋，上有環(huán)形凹槽以卡住試管蓋，保證可靠拾取試管蓋，管中間有一電磁鐵，其作用是在完成加蓋試管蓋以后，電磁鐵動作，將試管蓋從加帽桿上推出。彈簧的作用是保證對每一個試管加蓋的力量基本相同，以保證在試管長短差異時，也能很好地完成試管加蓋。

（3）轉(zhuǎn)盤結(jié)構(gòu)的設(shè)計

轉(zhuǎn)盤上有兩個對稱裝置的托盤，托盤分別放置裝有試管蓋的試管蓋架和裝有待加蓋試管的試管架。托盤在轉(zhuǎn)盤來回轉(zhuǎn)動下，依次將試管蓋和試管分別送到加帽桿下方。當試管蓋轉(zhuǎn)動到蓋帽架下方時，加帽桿向下插入到試管蓋架里面的試管蓋內(nèi)的卡口部位，將試管蓋拾取后向上運動到上頂部。當轉(zhuǎn)盤再次轉(zhuǎn)動時，裝有試管的試管架移到蓋帽架下方，加帽桿向下運動，將試管帽壓蓋在試管口，在加帽桿上升時，加帽桿內(nèi)部的電磁鐵將試管蓋從加帽桿上推出來，完成加蓋動作。依次來回，更換試管架內(nèi)的試管，就可加蓋多個試管。

（4）試管蓋拾取和加蓋結(jié)構(gòu)創(chuàng)新

使用一個機構(gòu)完成試管蓋拾取和加蓋兩個動作，用轉(zhuǎn)盤依次將試管蓋和試管分別送到工作位置，蓋帽架和加帽桿運動與試管架及試管蓋架相配合，完成拾取試管蓋和加蓋試管蓋的動作。轉(zhuǎn)盤將試管蓋架送到蓋帽架下方，加帽桿前端正好插入試管蓋的沉孔，鉤住試管蓋，完成拾取試管蓋的動作。隨后轉(zhuǎn)盤將試管架送到蓋帽架的下方，其配合在于加帽桿正好將試管蓋加蓋在試管口上。蓋帽架繼續(xù)向下運動，加帽桿上的彈簧被壓縮，當壓縮一定距離時，得到適當?shù)纳w緊試管蓋的壓力，這時加帽桿上部被傳感器檢測到，蓋帽架停止運動。加帽桿在蓋緊試管蓋后，內(nèi)部的電磁鐵將試管蓋從加帽桿上推出，直到完成試管蓋與加帽桿的分離。試管架、試管蓋架和加帽桿的結(jié)構(gòu)提供了試管蓋拾取和加蓋過程中的定位，試管蓋架的孔洞內(nèi)裝有試管蓋，孔洞位置與加帽桿是中心對應(yīng)的；試管架的孔洞內(nèi)裝有待加蓋的試管，孔洞位置與加帽桿也是中心對應(yīng)的，保證試管蓋與試管準確定位。用簡潔的結(jié)構(gòu)保證了整個試管蓋拾取和加蓋過程。

4 結(jié)論

該試管加蓋裝置輕松解決了血液標本短期保存的試管密閉問題，確保標本保存的安全、實現(xiàn)標本保存標準化，提高了醫(yī)護人員的工作效率，減輕了勞動強度。該裝置巧妙的設(shè)計使得整臺機器結(jié)構(gòu)簡單，體積小，成本低，并且安全可靠，性能穩(wěn)定。該機構(gòu)是準備研發(fā)的“生物標本安全操作自動化系統(tǒng)”的一個組成部分。具有廣闊的市場前景。

［1］程建良，王保衛(wèi).采血管自動開蓋機設(shè)計［J］.機電工程技術(shù)，2007，36（07）：26-29.

［2］吳宗澤.機械結(jié)構(gòu)設(shè)計準則與實例：第一版［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2007.

［3］徐峰，李慶祥.精密機械設(shè)計：第一版［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2005.