本發(fā)明涉及生物樣品凍存管挑選移動，尤其涉及一種用于凍存管的防掉落裝置及其控制方法。

背景技術(shù)：

1、凍存管是生物樣本存儲的重要工具，廣泛應(yīng)用于細胞、組織、dna/rna等生物材料的長期保存。在液氮或超低溫冰箱等環(huán)境中，凍存管需承受極低的溫度及可能的壓力變化，這對凍存管的密封性、抗壓性和穩(wěn)定性提出了高要求；

2、因為操作人員難以直接用手拿取，現(xiàn)有的凍存管挑選和轉(zhuǎn)移一般為，操作人員需借助專用工具，現(xiàn)有的取用裝置多利用塑料的彈性形變夾持凍存管；

3、然而，在實際操作中，由于凍存管處于低溫狀態(tài)，但存在以下問題：夾持效果不穩(wěn)定：塑料材質(zhì)在長時間低溫環(huán)境下易變硬，導(dǎo)致夾持力減弱，增加凍存管掉落的風險。夾持部位不合理：現(xiàn)有裝置多夾持凍存管外部弧形部分，夾持效果有限，尤其在低溫下更難保證穩(wěn)固性；操作復(fù)雜：部分裝置操作繁瑣，需要多個步驟才能完成夾持和釋放，降低了工作效率。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供一種用于凍存管的防掉落裝置及其控制方法，用以解決上述背景技術(shù)提出的技術(shù)問題。

2、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種用于凍存管的防掉落裝置及其控制方法，其中一種用于凍存管的防掉落裝置包括：固定安裝組件、吸附機構(gòu)、防掉落機構(gòu)和控制模塊，所述固定安裝組件前端固定設(shè)有吸附機構(gòu)，吸附機構(gòu)左右外側(cè)固定設(shè)有左右對稱的防掉落機構(gòu)，吸附機構(gòu)和防掉落機構(gòu)分別與控制模塊電連接。

3、優(yōu)選的，固定安裝組件包括：直線導(dǎo)軌，所述安裝板一左右兩側(cè)固定連接一對豎向的直線導(dǎo)軌，直線導(dǎo)軌上下滑動連接滑塊，安裝板一前端中心固定連接一個直線軸承，安裝板一后端中心固定連接水平方向的電機安裝板，電機安裝板左端固定連接位置傳感器固定塊，位置傳感器固定塊左端固定連接豎向的傳感器安裝板，安裝板一底端固定連接張緊塊，張緊塊呈上寬下窄的三角形狀。

4、優(yōu)選的，吸附機構(gòu)包括：凍存管、吸管、吸頭彈簧、直線軸承和氣管接頭；所述直線軸承內(nèi)部中心固定安裝有豎向的吸管，所述吸管豎向貫穿直線軸承中心，吸管頂部固定連通氣管接頭，氣管接頭與外部負壓氣源設(shè)備連通，直線軸承下方吸管段的頂部外套設(shè)有吸頭彈簧，吸頭彈簧頂部與直線軸承的底壁固定連接，吸管下端開口處吸附凍存管頂端。

5、優(yōu)選的，防掉落運動機構(gòu)包括：電機安裝板頂部固定安裝貫穿式的絲桿電機，絲桿電機內(nèi)部中心輸出軸連接絲桿一，絲桿一上下貫穿絲桿電機和電機安裝板，絲桿一底端螺紋連接內(nèi)螺紋連接管，內(nèi)螺紋連接管底端中心固定連接水平方向的c型浮動板，c型浮動板左右頂部固定連接一對豎向的連接板，左右兩側(cè)的連接板分別與各自側(cè)的滑塊固定連接。

6、優(yōu)選的，c型浮動板的左右兩側(cè)對稱滑動設(shè)有前后平行的兩個鉸鏈銷，鉸鏈銷與c型浮動板左右滑動連接，鉸鏈銷靠近吸管側(cè)固定連接一個夾爪，夾爪靠近吸管側(cè)為半圓形弧面，鉸鏈銷與夾爪連接處套設(shè)有彈簧二，彈簧二與鉸鏈銷左右滑動連接，夾爪頂部固定連接豎向的支桿一，支桿一頂部轉(zhuǎn)動連接滾輪，滾輪頂緊張緊塊左右側(cè)壁。

7、優(yōu)選的，控制模塊包括：上位光電傳感器、下位光電傳感器、控制觸摸屏和電控模組；所述傳感器安裝板左側(cè)壁上下間隔固定設(shè)有上位光電傳感器和下位光電傳感器，左側(cè)的連接板頂部左側(cè)固定安裝感應(yīng)片，上位光電傳感器和下位光電傳感器與電控主板電連接，電控主板電連接控制觸摸屏，控制觸摸屏接收操作指令，電控主板自動完成控制動作。

8、優(yōu)選的，一種用于凍存管的防掉落裝置的控制方法，應(yīng)用于所述的一種用于凍存管的防掉落裝置，包括：

9、步驟1：初始化調(diào)試，啟動控制模塊，對絲桿電機進行初始化設(shè)置，確保設(shè)備處于正常工作狀態(tài)。

10、步驟2：定位，通過上位光電傳感器、下位光電傳感器和外部移動機構(gòu)的協(xié)同工作，使吸管對準目標凍存管位置。

11、步驟3：吸附，啟動外部負壓氣源設(shè)備，使吸管產(chǎn)生負壓，牢固吸附目標位置的凍存管。

12、步驟4：防掉落機構(gòu)運行，控制模塊控制絲桿電機工作，使得c型浮動板向下滑動，同時滾輪沿著張緊塊向下滾動，使得夾爪在彈簧二作用力下初步將凍存管夾住。

13、步驟5：夾持力調(diào)節(jié)，控制模塊通過細微調(diào)節(jié)絲桿旋轉(zhuǎn)，使得夾爪的加持力穩(wěn)定在安全范圍內(nèi)，停止絲杠電機穩(wěn)定夾持主凍存管。

14、步驟6：釋放，在指定位置，關(guān)閉外部負壓氣源設(shè)備，吸頭釋放凍存管，同時防掉落機構(gòu)反向運行，凍存管脫落。

15、優(yōu)選的，還包括：

16、還設(shè)有在步驟5中夾持力調(diào)節(jié)過程中基于電控主板的智能調(diào)控系統(tǒng)，智能調(diào)控系統(tǒng)包括：

17、扭矩傳感器模塊，用于檢測絲桿電機調(diào)節(jié)時絲桿一的旋轉(zhuǎn)扭矩值；

18、第一采集模塊，用于采集絲桿一的數(shù)據(jù)信息，包括螺紋導(dǎo)程、絲桿有效直徑；

19、角度傳感器模塊，用于檢測支桿一與張緊塊側(cè)壁之間的實時工作夾角；

20、應(yīng)力傳感器模塊，用于檢測凍存管與夾爪之間的實時應(yīng)力值；

21、扭矩傳感器模塊、第一采集模塊、角度傳感器模塊和應(yīng)力傳感器模塊均與電控主板電連接。

22、優(yōu)選的，還包括：

23、第一計算模塊，用于計算絲桿電機給絲桿一上施加扭矩ｔ時，浮動板帶動的夾爪的夾持力值；

24、；

25、其中：x為為絲桿電機給絲桿一上施加扭矩ｔ時，浮動板帶動的夾爪的夾持力值，為圓周率取值3.14，為扭矩傳感器模塊檢測到的絲桿電機施加的旋轉(zhuǎn)扭矩，為第一采集模塊采集的絲桿一的螺紋導(dǎo)程，μ為絲桿一和內(nèi)螺紋連接套間的摩擦系數(shù)，為絲桿一的導(dǎo)程角，ｎ為絲桿一的轉(zhuǎn)速，ｄ為絲桿一的有效直徑，為角度傳感器模塊檢測的支桿一與張緊塊側(cè)壁之間的工作夾角，為絲桿與內(nèi)螺紋連接套間的傳動效率。

26、優(yōu)選的，還包括：

27、第二計算模塊，在第一計算模塊基礎(chǔ)上，用于計算夾爪與凍存管夾持時的總的真實接觸面積；

28、；

29、其中：為夾爪與凍存管夾持時的總的真實接觸面積；為凍存管的半徑，定義為粗糙峰底面圓的半徑，為凍存管的彈性模量，為夾爪的夾持力，為最大位移形變，接觸面積的形狀理論上是凍存管外殼的一小部分，為接觸面積的高度為夾爪本身上下寬度；

30、第三計算模塊，基于第一計算模塊和第二計算模塊，用于計算夾爪與凍存管摩擦界面上的最大摩擦剪應(yīng)力；

31、；

32、其中：為夾爪與凍存管摩擦界面上的最大摩擦剪應(yīng)力，有應(yīng)力量綱，為絲桿電機調(diào)節(jié)時夾爪的夾持力最大值，為取絲桿電機調(diào)節(jié)時夾爪與凍存管接觸面積的最大值；為正切函數(shù)，為余弦反函數(shù)；

33、電控主板通過對夾爪與凍存管摩擦界面上的最大摩擦剪應(yīng)力和凍存管的承受壓力閾值比較，及時調(diào)整絲桿電機的扭矩，防止夾爪的夾持力過松或過緊的情況出現(xiàn)，最終使得最大摩擦剪應(yīng)力穩(wěn)定在凍存管安全的承受壓力閾值內(nèi)。

34、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：本發(fā)明提供的一種用于凍存管的防掉落裝置及其控制方法，本發(fā)明通過固定安裝組件為吸附機構(gòu)和防掉落機構(gòu)提供安裝條件，通過吸附機構(gòu)可以實現(xiàn)吸附凍存管并實現(xiàn)轉(zhuǎn)移，通過防掉落機構(gòu)可避免凍存管在吸附轉(zhuǎn)移過程中因為抖動或者吸附故障導(dǎo)致凍存管掉落的情況發(fā)生；本發(fā)明有益效果如下：

35、1、凍存管吸附結(jié)構(gòu)，利用負壓把凍存管吸住，利用正壓把凍存管吹離；結(jié)構(gòu)簡單，組成零件少，體積小巧，適應(yīng)性更高，制造成本低廉，運行穩(wěn)定可靠。

36、2、防掉落機構(gòu)，利用彈簧壓緊兩夾爪夾住凍存管，防止凍存管意外掉落，結(jié)構(gòu)簡單，制造成本低廉，運行穩(wěn)定可靠，因為是利用彈簧壓緊兩夾爪夾住凍存管，所以即使停電或漏氣也可夾緊凍存管防止掉落，維護方便；

37、3、提高了夾持凍存管的穩(wěn)定性，避免了人力夾持的操作的不確定性，提高了操作人員的安全性。