本申請(qǐng)要求美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)No.62/140,002的申請(qǐng)日的權(quán)益，該臨時(shí)申請(qǐng)的申請(qǐng)日為2015年3月30日，名稱(chēng)為“SURFACE DETECTION AND PICKTOOL MANIPULATOR”，其公開(kāi)內(nèi)容通過(guò)引用并入本文。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請(qǐng)涉及機(jī)器人機(jī)械手裝置及其操作方法，包括可用于從諸如瓊脂盤(pán)的培養(yǎng)介質(zhì)收集樣本的機(jī)器人機(jī)械手裝置。

背景技術(shù)：

本申請(qǐng)的主題涉及機(jī)器人機(jī)械手裝置及其操作方法。在一個(gè)示例中，機(jī)器人機(jī)械手裝置可用于從諸如瓊脂盤(pán)的培養(yǎng)介質(zhì)收集樣本。

為了使用機(jī)器人系統(tǒng)收集樣本，例如，從諸如瓊脂盤(pán)的粘性培養(yǎng)介質(zhì)收集微生物或細(xì)菌培養(yǎng)體的樣本，機(jī)器人系統(tǒng)自身的精確定位以收集樣本是必要的。培養(yǎng)體在水平面內(nèi)的位置(例如卡笛爾坐標(biāo)空間中在X和Y水平方向的位置)可以通過(guò)基于成像系統(tǒng)的計(jì)算而被確定。然而，這樣的成像系統(tǒng)不能以足夠的精確度確定培養(yǎng)介質(zhì)的垂直位置。使用成像系統(tǒng)確定垂直位置可以是困難的，因?yàn)闃颖竞团囵B(yǎng)介質(zhì)中的每個(gè)均可以在諸如但不限于顏色、透明度、反射系數(shù)和含水率等特征方面極大地變化。

已經(jīng)提出和探索了多種方法，但到現(xiàn)在為止沒(méi)有發(fā)現(xiàn)合適的方案。確定樣本的垂直位置是必要的，因?yàn)橄鄬?duì)于培養(yǎng)介質(zhì)的表面移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)過(guò)深可能導(dǎo)致系統(tǒng)收集過(guò)多培養(yǎng)介質(zhì)的材料，或者收集過(guò)少的樣本，例如收集過(guò)少的細(xì)菌。在任一種情況下，這些問(wèn)題可導(dǎo)致不穩(wěn)定的測(cè)量和不可靠的測(cè)試結(jié)果。

考慮到這些問(wèn)題，需要機(jī)器人收集系統(tǒng)和其方法的進(jìn)一步改進(jìn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

根據(jù)公開(kāi)的實(shí)施例的一個(gè)方面，本文記載了從培養(yǎng)介質(zhì)收集樣本的設(shè)備。該設(shè)備包括將容納一次性拾取工具的主體部分。如此，主體部分被配置為容 納使用后可容易地從主體部分分離的拾取工具。在描述的實(shí)施例中，該主體和拾取工具組件大致軸向?qū)?zhǔn)。該設(shè)備包括檢測(cè)器，該檢測(cè)器在拾取工具與培養(yǎng)介質(zhì)或布置在培養(yǎng)介質(zhì)上的樣本接觸時(shí)，響應(yīng)于施加到拾取工具的力而生成信號(hào)。

該設(shè)備被配置為以至少第一和第二模式操作。在第一模式中，該主體和拾取工具組件在軸向方向上相對(duì)自由地移動(dòng)。這個(gè)方向大概垂直于培養(yǎng)介質(zhì)的表面。第二模式比所述設(shè)備在第一模式中時(shí)對(duì)主體和拾取工具組件的軸向移動(dòng)施加更大的阻力。

該拾取工具被配置為基于預(yù)定運(yùn)動(dòng)范圍操作。在一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)在第二模式中時(shí)，對(duì)軸向方向中的移動(dòng)的阻力在主體位移超過(guò)預(yù)定運(yùn)動(dòng)范圍時(shí)逐漸增加。在另一實(shí)施例中，在第二模式中，移動(dòng)的阻力量基于主體的位移超過(guò)第一預(yù)定運(yùn)動(dòng)范圍而以階梯函數(shù)增加。

在一些實(shí)施例中，該設(shè)備具有彈簧，彈簧被配置為當(dāng)設(shè)備轉(zhuǎn)換為第二模式時(shí)，響應(yīng)于主體在拾取工具和布置在培養(yǎng)介質(zhì)上的樣本之間接觸時(shí)或接觸后的移動(dòng)而開(kāi)始抵抗主體的軸向移動(dòng)。例如，該設(shè)備被配置為在拾取工具與設(shè)置在培養(yǎng)介質(zhì)上的樣本處于接觸或開(kāi)始接觸時(shí)從第一模式轉(zhuǎn)換為第二模式。

在一些實(shí)施例中，該檢測(cè)器被配置為響應(yīng)于檢測(cè)該設(shè)備與樣本之間的相對(duì)位置而生成信號(hào)。

為了從第一模式轉(zhuǎn)換為第二模式，該主體包括連接到該主體的結(jié)構(gòu)。該主體在第一模式中在軸向方向上相對(duì)于該結(jié)構(gòu)更自由地移動(dòng)，而該主體在第二模式中更加抵抗在軸向方向上的這種軸向移動(dòng)或者被鎖定而不能進(jìn)行這種軸向移動(dòng)。例如，提供連接到主體的鑰匙。該鑰匙與該結(jié)構(gòu)中鑰匙上方的開(kāi)口配合，使得該鑰匙在第一模式中不接合并且可以前進(jìn)到結(jié)構(gòu)中并穿過(guò)該結(jié)構(gòu)。然而，在第二模式中，鑰匙不能前進(jìn)到結(jié)構(gòu)中并穿過(guò)該結(jié)構(gòu)。在另外的實(shí)施例中，該結(jié)構(gòu)包括連接到主體的馬達(dá)以在繞軸線(xiàn)的方向上旋轉(zhuǎn)主體。在這些實(shí)施例中，該馬達(dá)被配置為相對(duì)于該結(jié)構(gòu)在第一位置和第二位置之間旋轉(zhuǎn)該主體，該第一位置對(duì)應(yīng)于鑰匙可以前進(jìn)到結(jié)構(gòu)中并穿過(guò)該結(jié)構(gòu)的第一模式，而第二位置對(duì)應(yīng)于鑰匙不能前進(jìn)到結(jié)構(gòu)中并穿過(guò)該結(jié)構(gòu)的第二模式。在其他的另外的實(shí)施例中，該鑰匙具有遠(yuǎn)離鑰匙和主體共有的軸線(xiàn)的至少一個(gè) 橫向延伸部。該結(jié)構(gòu)具有開(kāi)口，該開(kāi)口的尺寸被設(shè)置為允許該至少一個(gè)延伸部從其經(jīng)過(guò)。

在其他的實(shí)施例中，該結(jié)構(gòu)具有主體延伸穿過(guò)的軸套。在這些實(shí)施例中，在設(shè)備以第一模式操作時(shí)，該主體在軸向方向上可在軸套中自由移動(dòng)，并且該軸套限制主體與其同軸布置。當(dāng)在第二模式中操作時(shí)，該軸套和結(jié)構(gòu)配合以限制主體相對(duì)于結(jié)構(gòu)的移動(dòng)。

在可替代的實(shí)施例中，從培養(yǎng)介質(zhì)收集樣本的設(shè)備具有容納并保持可移除的拾取工具的主體。當(dāng)由主體容納時(shí)，該拾取工具從該設(shè)備延伸。該設(shè)備具有機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)用于在卡笛爾空間中移動(dòng)該主體(其可與拾取工具連接)。因此，該拾取工具可從其被該設(shè)備容納的第一位置移動(dòng)到其用于拾取設(shè)置在培養(yǎng)介質(zhì)上的樣本的第二位置。該設(shè)備包括機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)使拾取工具前進(jìn)到樣本。該設(shè)備還包括信號(hào)發(fā)生器，當(dāng)拾取工具前進(jìn)到與設(shè)置在培養(yǎng)介質(zhì)上的樣本接觸時(shí)，信號(hào)發(fā)生器生成信號(hào)。該設(shè)備包括機(jī)構(gòu)，在第一模式中，該機(jī)構(gòu)允許主體在大約垂直于培養(yǎng)介質(zhì)的表面的方向上在預(yù)定運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)更自由地移動(dòng)。當(dāng)轉(zhuǎn)換到第二模式時(shí)，當(dāng)主體在第二模式中行進(jìn)超過(guò)預(yù)定運(yùn)動(dòng)范圍時(shí)，該機(jī)構(gòu)增加對(duì)主體在近似垂直方向上的移動(dòng)的阻力。在一些實(shí)施例中，該主體在第一模式中在近似垂直的方向(相對(duì)于培養(yǎng)介質(zhì))上自由移動(dòng)，而在第二模式中在近似垂直的方向上不移動(dòng)。

根據(jù)本申請(qǐng)的另一方面，公開(kāi)了從培養(yǎng)介質(zhì)收集樣本的方法。該方法可包括啟動(dòng)用于從培養(yǎng)介質(zhì)收集樣本的設(shè)備的第一模式，該第一模式允許設(shè)備在軸向方向上相對(duì)于設(shè)備的支撐結(jié)構(gòu)的移動(dòng)；在軸向方向上移動(dòng)該設(shè)備以容納并保持配置為收集樣本的拾取工具；由設(shè)備移動(dòng)拾取工具，使拾取工具與布置在培養(yǎng)介質(zhì)上的樣本接觸；啟動(dòng)設(shè)備的第二模式并阻止設(shè)備在軸向方向上的移動(dòng)；在拾取工具附連到設(shè)備時(shí)，操縱該拾取工具以收集樣本；以及將收集的樣本放置在收集位置處。

在這個(gè)方面的一個(gè)實(shí)施例中，操縱的步驟可包括該設(shè)備旋轉(zhuǎn)拾取工具。該拾取工具可額外地或可替代地從設(shè)備釋放從而丟棄拾取工具。

在一些實(shí)施例中，在放置收集的樣本后，該收集的樣本可被處理。處理的步驟可包括選自包括處理測(cè)試、培養(yǎng)或保存的組的至少一種處理。

在另一實(shí)施例中，該方法可進(jìn)一步包括檢測(cè)拾取工具和培養(yǎng)介質(zhì)之間的 接觸。額外地或可替代地，該方法可包括檢測(cè)拾取工具接觸培養(yǎng)介質(zhì)移動(dòng)的高度。

附圖說(shuō)明

圖1是示出根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例的用于從培養(yǎng)介質(zhì)收集樣本的設(shè)備的移動(dòng)的示意圖。

圖2是示出根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例的檢測(cè)與培養(yǎng)介質(zhì)接觸的高度以及從培養(yǎng)介質(zhì)收集樣本的方法的流程圖。

圖3是示意性示出根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例的從培養(yǎng)介質(zhì)收集樣本的示例設(shè)備的結(jié)構(gòu)的截面圖。

圖4A是示意性示出在用于第一模式中的操作的第一位置中的設(shè)備的平面圖。

圖4B是示意性示出在用于第二模式中的操作的第二位置中的設(shè)備的平面圖。

圖5是示出圖3示出的實(shí)施例的變體的截面圖。

圖6是示出圖3示出的實(shí)施例的變體的截面圖。

圖7是示出圖3示出的實(shí)施例的變體的截面圖。

圖8是示出圖3示出的實(shí)施例的變體的截面圖。

圖9是示出圖3示出的實(shí)施例的變體的截面圖。

圖10是示出圖3示出的實(shí)施例的變體的截面圖。

具體實(shí)施方式

相應(yīng)地，這里提供的設(shè)備可用于檢測(cè)介質(zhì)的表面，例如在其上的樣本的表面，例如在諸如瓊脂盤(pán)的培養(yǎng)介質(zhì)的表面上的菌群。這樣的設(shè)備還可作為可旋轉(zhuǎn)機(jī)械手，并可包括傳感器，還可執(zhí)行額外要求的功能，例如檢測(cè)可替換拾取工具的存在以及容納未使用的拾取工具，在收集樣本之后放置收集的樣本，以及協(xié)助移除使用過(guò)的拾取工具。

相應(yīng)地，提供了用于操控拾取工具的改進(jìn)的設(shè)備和方法，該拾取工具例如用于從介質(zhì)收集樣本，例如，在諸如瓊脂盤(pán)的介質(zhì)上培育的或以別的方式在其上支撐的培養(yǎng)體或組織。利用這樣的設(shè)備，使用由設(shè)備響應(yīng)于該設(shè)備將拾取工具移動(dòng)到與介質(zhì)接觸而產(chǎn)生的信號(hào)，可準(zhǔn)確測(cè)量拾取工具相對(duì)于介質(zhì) 的高度。

因此，在一個(gè)實(shí)施例中，該設(shè)備可具有拾取工具容納主體，其容納并保持拾取工具。該設(shè)備可具有第一操作模式，在其中主體(以及在主體中容納的拾取工具)在主體的軸向方向上相對(duì)于設(shè)備的支撐結(jié)構(gòu)更自由地移動(dòng)，這樣的移動(dòng)響應(yīng)于拾取工具與介質(zhì)接觸或與介質(zhì)“接合”而發(fā)生。當(dāng)設(shè)備朝向介質(zhì)通常在向下的方向或包括基本向下的分量的方向上移動(dòng)時(shí)，在設(shè)備朝向介質(zhì)移動(dòng)的同時(shí)，該拾取工具接近介質(zhì)并與介質(zhì)接觸。作為這樣的移動(dòng)的結(jié)果，介質(zhì)對(duì)拾取工具以及拾取工具容納主體在主體的軸向方向上相對(duì)于諸如設(shè)備的支撐件的設(shè)備的其他結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)離介質(zhì)的向下運(yùn)動(dòng)提供了阻力。因此，在一個(gè)示例中，設(shè)備向下朝向介質(zhì)移動(dòng)，使得拾取工具與介質(zhì)接合，這導(dǎo)致拾取工具和拾取工具容納主體在軸向方向上被促動(dòng)，例如相對(duì)于設(shè)備的其他結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)離介質(zhì)向上。

基于主體相對(duì)于設(shè)備的結(jié)構(gòu)的軸向移動(dòng)，與設(shè)備相關(guān)聯(lián)的檢測(cè)器產(chǎn)生信號(hào)，該信號(hào)可用于確定拾取工具與介質(zhì)接觸時(shí)設(shè)備的高度。所確定的高度是設(shè)備的垂直位置，在該位置處，設(shè)備被準(zhǔn)確地定位以操縱拾取工具從介質(zhì)收集樣本。該設(shè)備然后可用于從培養(yǎng)介質(zhì)收集樣本。在特別的示例中，如在下面關(guān)于圖5-10描述的，該設(shè)備可具有結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)在拾取工具和介質(zhì)之間施加增加的向下的力(或?qū)ο蛏系牧Φ脑黾拥淖枇?以協(xié)助從介質(zhì)收集樣本。

在一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)設(shè)備到達(dá)用于收集樣本的在先確定的高度時(shí)，主體被限制不能相對(duì)于設(shè)備結(jié)構(gòu)被向上推動(dòng)。該設(shè)備繼而可操縱拾取工具，例如通過(guò)旋轉(zhuǎn)拾取工具，例如使用馬達(dá)，而從介質(zhì)收集樣本。例如，該拾取工具可由設(shè)備相對(duì)于介質(zhì)移動(dòng)，從而從培養(yǎng)介質(zhì)收集樣本的材料。在特別的示例中，連接到主體的馬達(dá)可相對(duì)于介質(zhì)旋轉(zhuǎn)拾取工具，以使拾取工具從介質(zhì)收集樣本材料。在特別的示例中，從樣本中收集的材料容納在拾取工具的刀片或其他收集表面上。

在第二操作模式中，替代允許拾取工具容納主體自由移動(dòng)的是，該拾取工具容納主體被限制或被阻止相對(duì)于設(shè)備結(jié)構(gòu)軸向移動(dòng)。在這個(gè)操作模式的一個(gè)示例中，當(dāng)容納新的拾取工具或丟棄使用過(guò)的拾取工具時(shí)，該設(shè)備可以在這個(gè)第二模式中操作。

現(xiàn)在參考圖1和圖2，提供了一個(gè)示例，其中在自動(dòng)方法中使用該設(shè)備以 在適合用于高容量裝置從庫(kù)存培養(yǎng)盤(pán)中進(jìn)行樣本收集的高重復(fù)速率收集獨(dú)立的樣本。該介質(zhì)可在盤(pán)與盤(pán)間不同并且介質(zhì)的數(shù)量和類(lèi)型可以極大地變化。在每一盤(pán)中可具有一次或多次拾取。在使用由設(shè)備保持的拾取工具收集樣本之后，該設(shè)備在收集站點(diǎn)放置收集到的樣本以進(jìn)一步處理，例如測(cè)試、進(jìn)一步培養(yǎng)或保存樣本。之后，該設(shè)備可丟棄使用過(guò)的拾取工具，并且然后通過(guò)容納另一拾取工具再次開(kāi)始同樣的收集過(guò)程，且然后通過(guò)上面描述的方法如由系統(tǒng)要求地從同一盤(pán)或不同的盤(pán)中收集另一樣本。

因此，在使用設(shè)備100的操作的示例方法中，多個(gè)拾取工具102可在第一站點(diǎn)A(圖1)成陣列布置等待使用。在一個(gè)示例中，外部致動(dòng)器110可在卡笛爾空間中以多個(gè)自由度移動(dòng)設(shè)備100。例如，該致動(dòng)器可被編程以在水平、垂直和/或圓周方向上在執(zhí)行多種工作的站點(diǎn)之間自動(dòng)移動(dòng)該設(shè)備。以這種方式，致動(dòng)器可從站點(diǎn)(例如收集拾取工具的第一個(gè)站點(diǎn)；拾取樣本的第二個(gè)站點(diǎn)；放置拾取的樣本的第三站點(diǎn)，等等)間的至少橫向移動(dòng)上移動(dòng)設(shè)備，并在需要時(shí)在向上和向下的方向上移動(dòng)設(shè)備。該致動(dòng)器由諸如邏輯電路、由處理器執(zhí)行的一組指令，或者邏輯電路和一組可執(zhí)行指令兩者的部件電控制。在特定的示例中，該致動(dòng)器由包含由一個(gè)或多個(gè)處理器執(zhí)行的指令的一個(gè)或多個(gè)程序控制。

因此，如在A(圖1)和210(圖2)處看到的，該設(shè)備可以第二操作模式操作，其限制或抵抗或抑制承載拾取工具的主體的向上移動(dòng)，并且致動(dòng)器可在拾取工具容納主體的軸向方向上移動(dòng)設(shè)備，使得該主體容納拾取工具。例如，該設(shè)備可向下移動(dòng)，使得拾取工具的軸容納在主體的腔內(nèi)，并被牢固地保持以阻止拾取工具軸和主體之間的相對(duì)移動(dòng)。

之后，該設(shè)備可進(jìn)入第一操作模式，其允許主體相對(duì)于設(shè)備更自由地移動(dòng)。之后，如在B(圖1)和220(圖2)所見(jiàn)，致動(dòng)器可以在例如向下的方向上朝向介質(zhì)移動(dòng)該設(shè)備，同時(shí)該設(shè)備以第一模式操作以確定拾取工具接觸介質(zhì)時(shí)的高度。只要沒(méi)有檢測(cè)到拾取工具和樣本之間的接觸，該設(shè)備就繼續(xù)向下移動(dòng)，如在230處所見(jiàn)(圖2)。確定設(shè)備的檢測(cè)器檢測(cè)到拾取工具和培養(yǎng)介質(zhì)之間的接觸時(shí)的高度。在一個(gè)示例中，通過(guò)檢測(cè)對(duì)在向下方向上的移動(dòng)的阻力而檢測(cè)接觸，該在向下方向上的移動(dòng)轉(zhuǎn)化為拾取工具在向上方向上的移動(dòng)。

然后，如在C(圖1)和250(圖2)處所見(jiàn)，在設(shè)備仍然處于第一操作模式的情況下，該拾取工具接觸設(shè)置在介質(zhì)上的樣本，此時(shí)，設(shè)備從第一模式轉(zhuǎn)換為第二模式以收集樣本。當(dāng)收集樣本時(shí)，該設(shè)備至少抵抗或抑制向上的運(yùn)動(dòng)，但在可替代的實(shí)施例中，可以向拾取工具施加增加的向下的力以使在收集發(fā)生時(shí)拾取工具保持與培養(yǎng)介質(zhì)和樣本的穩(wěn)定接觸。下面例如參考圖6-10描述了在拾取工具和介質(zhì)之間施加并保持向下的力的多種方法。然后，如在D(圖1)和260(圖2)所見(jiàn)，該致動(dòng)器然后可以使設(shè)備從樣本表面收回拾取工具(該拾取工具應(yīng)起初垂直向上地移動(dòng)以避免拖拉拾取工具橫跨盤(pán)表面)，并且然后將設(shè)備移動(dòng)到樣本放置位置，例如樣本制備站點(diǎn)，并且然后使收集到的樣本從拾取工具釋放到溶液中以便進(jìn)一步的處理。

隨后，在E(圖1)，設(shè)備100可進(jìn)入第二操作模式并移動(dòng)到第三站點(diǎn)，此時(shí)，設(shè)備可以丟棄用過(guò)的拾取工具。該過(guò)程然后可以通過(guò)使設(shè)備在A處收集另一(未使用的)拾取工具而再次開(kāi)始。該拾取工具如上所述由設(shè)備收集。

現(xiàn)在參考圖3，現(xiàn)在將提供根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例的設(shè)備300的特定示例。如圖3的實(shí)施例所示，設(shè)備300具有拾取工具容納主體302，其內(nèi)具有腔305以容納拾取工具102的一部分(圖1)，該部分可為拾取工具的軸。本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠意識(shí)到其中該設(shè)備可配置成容納拾取工具的很多不同的配置。本實(shí)用新型不被視為限于圖3中示出的具體配置。腔305限定在軸向方向上延伸的軸線(xiàn)306，當(dāng)被容納在腔305中時(shí)，該拾取工具的軸沿該軸向方向延伸。當(dāng)被容納在腔305內(nèi)時(shí)，拾取工具由主體302牢固地保持，從而在除了當(dāng)拾取工具的軸被插入到主體302中時(shí)或者被從其移除或放棄時(shí)的時(shí)間以外均阻止相對(duì)于主體的移動(dòng)。

腔305的截面尺寸和形狀通常與拾取工具的軸的尺寸和形狀匹配，但在一些情況下，該尺寸和形狀僅需要對(duì)應(yīng)于拾取工具被牢固地保持在腔305中時(shí)的程度。桿304可滑動(dòng)地設(shè)置在主體302內(nèi)，該桿具有例如固定的旋鈕326，在拾取工具插入到主體302的開(kāi)口端301中時(shí)，該旋鈕326可以被向上推動(dòng)。在拾取工具沒(méi)有插入到主體302中時(shí)，桿304可被偏置以向下從開(kāi)口端301突出。

如圖3中進(jìn)一步所示，可提供光學(xué)反射傳感器328，以檢測(cè)旋鈕326何時(shí)被向上推動(dòng)，從而檢測(cè)由主體302容納的拾取工具的存在。

主體302可以在其頂部具有螺紋孔以安裝頭部308，例如通過(guò)螺絲釘309安裝。主體302可具有槽312，該槽通常為V型，其中可安置焊珠或球314并允許該焊珠或球314滾動(dòng)。軸套316可具有相應(yīng)的孔，使得該球被保持在軸套和主體302之間。

在一個(gè)示例中，軸套316可被壓縮裝配到馬達(dá)的中空轉(zhuǎn)子318的開(kāi)口中，例如設(shè)備的步進(jìn)馬達(dá)，其中元件320代表另外的部分，例如馬達(dá)的殼體和定子。軸套316和拾取工具容納主體302一起合作以允許主體302在諸如垂直的軸向方向上自由移動(dòng)，其是遠(yuǎn)離主體的開(kāi)口端301的方向，同時(shí)將主體鎖定到馬達(dá)的轉(zhuǎn)子318，使得主體302可通過(guò)旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子在不同的位置之間受控地旋轉(zhuǎn)。

附連到在遠(yuǎn)離開(kāi)口端301的主體302的頂端322處的頭部308可具有在遠(yuǎn)離軸線(xiàn)306的橫向方向上延伸的一個(gè)或多個(gè)部分。如圖3中所示，橫向延伸部分可為兩個(gè)翼324，兩個(gè)翼324在遠(yuǎn)離軸線(xiàn)306的相反的兩個(gè)方向上延伸。如在圖4A的平面圖中進(jìn)一步所示(從設(shè)備結(jié)構(gòu)340下向上看)，在第一操作模式中，在第一位置中，翼324可以與設(shè)備結(jié)構(gòu)例如設(shè)備的頂蓋中的相應(yīng)的開(kāi)口325對(duì)準(zhǔn)。在這個(gè)第一模式中，翼與開(kāi)口的對(duì)準(zhǔn)允許翼324在主體302的軸向方向上自由移動(dòng)，例如向上和向下。相反，在第二操作模式中，頭部308和從其延伸的翼324被定位為使得翼不與開(kāi)口325對(duì)準(zhǔn)，如圖4B所示。例如，在第二位置中，頭部可相對(duì)于第一位置旋轉(zhuǎn)到90°的角度，使得設(shè)備的結(jié)構(gòu)限制頭部308和附連到該頭部308的主體302在軸向方向上的移動(dòng)。

雖然在圖3中具有翼324和開(kāi)口325的頭部308被描述為“鑰匙孔”配置，但是同樣可以良好實(shí)現(xiàn)該功能的其他配置也是可行的。例如，替代具有圓柱部分和在相反方向上遠(yuǎn)離軸線(xiàn)306延伸的側(cè)部的開(kāi)口，該開(kāi)口可替代地具有簡(jiǎn)單的矩形形狀，該矩形形狀足以在第一位置容納翼，同時(shí)在第二開(kāi)口中，該翼被位于這樣的矩形開(kāi)口的外部的結(jié)構(gòu)的區(qū)域阻礙而不能在軸向方向上移動(dòng)。

該設(shè)備可包括檢測(cè)器330，其用于響應(yīng)于拾取工具與培養(yǎng)介質(zhì)的接觸而產(chǎn)生信號(hào)。在一個(gè)示例中，檢測(cè)器可檢測(cè)頭部在軸向的移動(dòng)，例如當(dāng)設(shè)備向下朝向介質(zhì)移動(dòng)并且然后拾取工具與介質(zhì)接觸時(shí)頭部的向上方向的移動(dòng)。這樣的檢測(cè)器330在主體與培養(yǎng)介質(zhì)接觸后以某種狀態(tài)被向上推動(dòng)時(shí)產(chǎn)生信號(hào)， 在該狀態(tài)中，設(shè)備的頭部308和主體302處于第一位置中，該第一位置允許主體在軸向方向上自由移動(dòng)。在一個(gè)示例中，該檢測(cè)器可為霍爾效應(yīng)傳感器330，其構(gòu)造成響應(yīng)于磁場(chǎng)的變化而產(chǎn)生電信號(hào)，例如由于設(shè)置在頭部308內(nèi)或頭部308上的磁體332的移動(dòng)而引起的磁場(chǎng)的變化。在一個(gè)示例中，頭部308可在頭部的圓周并入四個(gè)磁體332，每個(gè)磁體與頭部上的下一個(gè)相鄰的磁體間隔90度角，其中頭部上的每個(gè)位置處的磁體的磁極相對(duì)于與在頭部的圓周處的這種磁體相鄰的磁體的磁極交替。該檢測(cè)器和這種四磁體布置可用于檢測(cè)頭部是否在第一位置中與開(kāi)口對(duì)準(zhǔn)，或者頭部是否在圍繞軸線(xiàn)306相對(duì)于第一位置旋轉(zhuǎn)的第二位置中，使得頭部被限制軸向移動(dòng)。當(dāng)該頭部處于已知的位置中時(shí)，檢測(cè)器或霍爾效應(yīng)傳感器330可用于檢測(cè)頭部遠(yuǎn)離已知位置的垂直移動(dòng)。

在操作的示例中，當(dāng)頭部308被設(shè)備結(jié)構(gòu)340限制軸向移動(dòng)時(shí)，設(shè)備300可由外部致動(dòng)器(110；圖1)在向下方向上移動(dòng)到拾取工具102的軸上以在主體內(nèi)容納拾取工具。設(shè)備的向下移動(dòng)可繼續(xù)，直到拾取工具已經(jīng)插入到主體內(nèi)的預(yù)定位置或直到光學(xué)傳感器328檢測(cè)到旋鈕326。

然后設(shè)備300可通過(guò)致動(dòng)器110向上移動(dòng)，并且步進(jìn)馬達(dá)的轉(zhuǎn)子318可被致動(dòng)從而旋轉(zhuǎn)主體經(jīng)過(guò)90度角。在這時(shí)，設(shè)備現(xiàn)在處于第一模式中，其中頭部308處于允許未被阻礙的垂直移動(dòng)的第一位置中。設(shè)備300然后定位在包含樣本(例如不限于在諸如瓊脂的生長(zhǎng)介質(zhì)上的微生物或菌群)的介質(zhì)的表面上方，并且然后向下慢慢移動(dòng)，直到檢測(cè)器330基于頭部308的向上移動(dòng)而產(chǎn)生信號(hào)。垂直致動(dòng)器在產(chǎn)生信號(hào)時(shí)的實(shí)際位置可用于確定設(shè)備相對(duì)于其上放置有樣本的介質(zhì)的高度。拾取工具現(xiàn)在可停留在樣本上，例如，在諸如瓊脂介質(zhì)的培養(yǎng)介質(zhì)上的菌群，拾取工具具有向下的力，該力取決于與設(shè)備的相對(duì)于設(shè)備的其他部分(例如主體302、桿304等等)軸向移動(dòng)的部分相關(guān)聯(lián)的那些部件的重量。

在特定的實(shí)施例中，當(dāng)以第一模式操作設(shè)備以檢測(cè)介質(zhì)的表面時(shí)，如果拾取工具在介質(zhì)上的總表面壓力過(guò)大(例如由于向下承載在其上的設(shè)備部分的組合重量)，則與主體302連接的磁體可定位在線(xiàn)圈內(nèi)。以這種方式，當(dāng)線(xiàn)圈被激勵(lì)時(shí)，該線(xiàn)圈產(chǎn)生磁場(chǎng)，磁場(chǎng)作用在磁體上以產(chǎn)生力，該力可以減小拾取工具在培養(yǎng)介質(zhì)的表面上的壓力。

上述設(shè)備的功能和特征可以多種方式實(shí)現(xiàn)。例如，如在圖5中所見(jiàn)，可替代的，或除了傳感器328(圖3)之外，該設(shè)備可包括與設(shè)備的前表面500相關(guān)聯(lián)的光電傳感器510。該傳感器510可構(gòu)造為反射傳感器以用于容納從拾取工具反射或從培養(yǎng)介質(zhì)的表面反射的光線(xiàn)。在一個(gè)實(shí)施例中，傳感器510可構(gòu)造成在朝向拾取工具的方向上發(fā)射光并且基于一部分發(fā)射的光的信號(hào)從拾取工具的表面反射回傳感器上。在特定的實(shí)施例中，傳感器可為U型。傳感器被定位為使得其可檢測(cè)拾取工具相對(duì)于主體302的位置的位置。

在一個(gè)實(shí)施例中，設(shè)備可包括感應(yīng)傳感器610，其用于檢測(cè)鄰近感應(yīng)傳感器的金屬零件的移動(dòng)和/或存在。例如，感應(yīng)傳感器610具有某結(jié)構(gòu)，通過(guò)該結(jié)構(gòu)，在拾取工具接觸培養(yǎng)介質(zhì)的表面時(shí)，響應(yīng)于主體302的向上移動(dòng)，與主體相關(guān)聯(lián)的零件620(桿304的上部)移動(dòng)到附近。在這樣的實(shí)施例中，零件620是電導(dǎo)性的且通常由金屬制成以允許由感應(yīng)傳感器610檢測(cè)到。在一個(gè)實(shí)施例中，感應(yīng)傳感器具有環(huán)形結(jié)構(gòu)，而“旋鈕”326(圖3)被省略或尺寸被設(shè)置為適配在感應(yīng)傳感器中的開(kāi)口內(nèi)。在這樣的實(shí)施例的變體中，感應(yīng)傳感器可以被提供為一個(gè)或多個(gè)感應(yīng)線(xiàn)圈。

可替代地，在一個(gè)實(shí)施例中，設(shè)備可包括一個(gè)或多個(gè)電容傳感器，其能夠檢測(cè)金屬或非金屬零件的存在。該一個(gè)或多個(gè)電容傳感器可被提供以替代感應(yīng)傳感器610。在這樣的實(shí)施例中，不管零件620是否由金屬制成，該電容傳感器都能檢測(cè)設(shè)備的零件620的存在或移動(dòng)。在這個(gè)實(shí)施例中，該傳感器是可變電容器，電容隨著桿的位置而變化。例如，電容的變化將指示由拾取工具與樣本的接觸引起的向上的力。

設(shè)備的特定實(shí)施例可包括結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)被配置為增加拾取工具和培養(yǎng)介質(zhì)之間的向下的力，例如當(dāng)拾取工具與培養(yǎng)介質(zhì)接觸以收集樣本時(shí)。例如，圖7示出感應(yīng)線(xiàn)圈710，其可用于與一個(gè)或多個(gè)磁體712或主體302的磁性部分結(jié)合。該磁性線(xiàn)圈可構(gòu)造成增加對(duì)主體302的軸向運(yùn)動(dòng)的阻力或在軸向方向上抵制主體302。在第二種情況下，該線(xiàn)圈可以第一施加電流被激勵(lì)以在磁體712上施加磁性吸引力，從而使磁體被朝向線(xiàn)圈710吸引，并向主體302施加向下的力，從而向下移動(dòng)主體。當(dāng)線(xiàn)圈以較低的電流水平被激勵(lì)或未被激勵(lì)時(shí)，線(xiàn)圈在主體302上施加較小的力，并且主體可以減小的阻力或無(wú)阻力地向上移動(dòng)。該設(shè)備額外可包括復(fù)位元件，其可以為，例如，彈簧(802； 圖8)，該復(fù)位元件構(gòu)造成在線(xiàn)圈以較低水平被激勵(lì)或當(dāng)線(xiàn)圈未被激勵(lì)時(shí)，將主體302的位置復(fù)位到靜止位置。

在一個(gè)實(shí)施例中，該線(xiàn)圈可以構(gòu)造成以與第一施加電流極性相反的電流被激勵(lì)。在這種情況下，該線(xiàn)圈向磁體712施加磁性排斥力以使磁體被從線(xiàn)圈710推離，從而向主體302施加向上的力。

圖8示出一個(gè)實(shí)施例，其包括彈簧802用于向主體302提供復(fù)位力。在示出的實(shí)施例中，該彈簧設(shè)置在主體上方，對(duì)向上移動(dòng)的主體提供增加的阻力。在一個(gè)示例中，彈簧802具有與主體302例如通過(guò)具有螺絲頭310的螺絲釘309機(jī)械連接的第一端804，以及與具有固定位置的設(shè)備的一部分鄰接的第二端806。在操作中，主體302在向上方向上的移動(dòng)壓縮彈簧802，使得彈簧在主體302上施加增加的向下的力，該向下的力越增大，主體越向上移動(dòng)。以這樣的方式，當(dāng)拾取工具被迫與培養(yǎng)介質(zhì)接觸時(shí)，該設(shè)備在拾取工具和培養(yǎng)介質(zhì)之間施加增大的力。

在圖9中所見(jiàn)的一個(gè)實(shí)施例中，設(shè)備可包括一個(gè)或多個(gè)重量塊910，其被布置以在主體已經(jīng)從主體302的靜止位置移動(dòng)預(yù)定的向上距離后，在主體302上施加增加的向下重力。例如，環(huán)形重量塊910可被定位從而部分位于設(shè)備上或設(shè)備內(nèi)的凸耳(未示出)上。當(dāng)設(shè)備由致動(dòng)器向下朝向培養(yǎng)介質(zhì)移動(dòng)時(shí)，在與培養(yǎng)介質(zhì)接觸后，主體302向上移動(dòng)，使得諸如連接到主體的螺絲頭310的元件最終與重量塊910接觸。如果主體保持在同樣的位置或者繼續(xù)向上移動(dòng)，則重量塊910現(xiàn)在與主體302連接，從而通過(guò)主體302向培養(yǎng)介質(zhì)施加向下的重力。

在如圖10中所見(jiàn)的另一實(shí)施例中，在主體移動(dòng)到與培養(yǎng)介質(zhì)接觸時(shí)，密封腔1004內(nèi)的加壓空氣或氣體可對(duì)主體302施加向下的力。因此，當(dāng)設(shè)備由致動(dòng)器向下朝向培養(yǎng)介質(zhì)移動(dòng)時(shí)，主體302在與培養(yǎng)介質(zhì)接觸后向上移動(dòng)，使得在腔1004內(nèi)移動(dòng)的元件(旋鈕326)壓縮內(nèi)部的氣體。隨著氣體被壓縮，該氣體向旋鈕326施加越來(lái)越大的更大的力。以這種方式，腔1004內(nèi)的氣體作為被動(dòng)復(fù)位元件，當(dāng)主體處于與培養(yǎng)介質(zhì)接觸時(shí)，在主體上施加增加的力。在這種情況下，利用提供在旋鈕326和腔的壁之間的密封件，腔1004完全密封，使得空氣或氣體既不能進(jìn)入腔1004也不能從腔1004逸出。

在這樣的實(shí)施例的變體中，該設(shè)備可以進(jìn)一步包括連接到泵、罐或調(diào)節(jié) 器設(shè)備的導(dǎo)管1002，用于向腔1004提供氣體或從其收回氣體。在這種情況下，當(dāng)增大的向下的力被施加到主體時(shí)，可主動(dòng)地向腔內(nèi)提供氣體。在特定的示例中，氣體可從腔通過(guò)導(dǎo)管被收回，從而向主體施加減小的力或向上移動(dòng)主體。

雖然上述實(shí)施例涉及使用可消耗的拾取工具，其由設(shè)備容納并用于收集樣本，在這之后該拾取工具被丟棄，但本實(shí)用新型的原理和實(shí)施例也可適用于拾取工具保持為設(shè)備的集成部分用于重復(fù)收集樣本的設(shè)備，并且該拾取工具通常不被丟棄，除非損壞或磨損。

雖然本實(shí)用新型在這里已經(jīng)參考特定實(shí)施例進(jìn)行了說(shuō)明，但應(yīng)當(dāng)理解，這些實(shí)施例僅是說(shuō)明本實(shí)用新型的原理和應(yīng)用。因此，應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)說(shuō)明性實(shí)施例進(jìn)行各種修改并且可以設(shè)計(jì)出其他配置，而不背離由所附權(quán)利要求限定的本實(shí)用新型的范圍。

將意識(shí)到，多個(gè)從屬權(quán)利要求和在其中限定的特征可以與原始權(quán)利要求中出現(xiàn)的特征以不同的方式組合。還可以理解，結(jié)合獨(dú)立實(shí)施例描述的特征還可與描述的實(shí)施例中的其他特征共享。