广州市威恒电子有限公司WEF-R-MHZ2-10A-8-2N旋转电动夹爪在实验室设备PCR分析仪自动开盖的应用案例

1. 行业背景与客户痛点

客户行业介绍

本案客户来自体外诊断（IVD，In Vitro Diagnosis） 行业，具体细分领域为分子诊断与聚合酶链式反应（PCR）检测） 实验室设备制造。该客户是国内领先的医疗检测设备供应商，其产品主要用于各级疾控中心、医院检验科及出入境检验检疫局。

具象的设备名称

客户研发的设备为全自动实时荧光定量PCR分析系统。该设备是新冠检测、乙肝病毒定量、HPV筛查等基因检测项目的核心平台。

当前设备的困境

在PCR检测流程中，样本前处理（核酸提取）通常由独立设备完成，但在“样本管开盖”环节，客户遇到了巨大的技术瓶颈。

手动/半自动操作的局限：市面上的PCR分析仪主要依赖人工手动旋开样本管的螺旋盖。

污染风险：在开盖瞬间，管内因负压或操作抖动，极易产生核酸气溶胶。这种微观颗粒悬浮在空气中，一旦扩散，将直接污染实验室环境和其他阴性样本，导致“假阳性”结果频发。

设备集成的矛盾：客户试图将“开盖模块”集成到全自动PCR分析仪内部，但传统的旋转气缸结构复杂、体积庞大，且依赖外部气源，无法满足仪器内部紧凑的电气化布局。

问题的损失

气溶胶污染是PCR实验室的“头号杀手”。一旦发生污染：

检测结果报废：整批次检测数据不可用，导致临床误诊风险急剧增加。

停工停产：实验室必须立即停止检测，进行长达数日的彻底消杀，单次停工造成的试剂与时间损失高达数十万元。

设备退货风险：由于无法解决自动化开盖的污染问题，客户的全自动PCR分析仪项目一度停滞，面临被终端医院退货或弃用的风险。

点明寻找新产品方案的必要性

客户急需一款无需气源、体积小巧、具备自适应夹持且能提供稳定旋转扭矩的电动执行器，以替代传统气动手指，从根本上解决气溶胶污染与空间布局的矛盾。

2. 原有方案分析

老方案产品的检测原理

原方案采用气动旋转夹爪。通过气缸控制夹爪开闭，通过齿轮齿条或叶片式旋转缸实现旋转。原理是通过5bar以上的压缩空气驱动活塞运动。

出现故障的原因分析

结构刚性差：气动系统的可压缩性导致在拧紧/拧松螺纹盖时，扭矩输出不稳定，经常出现“滑爪”或“拧不紧”导致漏液。

缓冲不可控：气动夹爪在夹取瞬间冲击力大，容易将试管夹爆或导致管内液体飞溅，形成气溶胶。

能源依赖：设备需外接空压机，压缩空气中常含油污，对PCR洁净环境构成潜在化学污染。

排除故障要付出的代价

客户尝试通过增加精密减压阀和油雾分离器来改善气动性能，但这导致成本激增3000元以上，且设备体积增大了40%。此外，气动元件的寿命通常在百万次左右，在频繁开盖的高强度测试下，故障率居高不下，维护成本极高。

3. 新产品方案：威恒电子WEF-R-MHZ2-10A-8-2N

经过严格筛选与测试，客户最终选用了威恒电子（Wellhold Electronics） 自主研发的旋转电动夹爪。

产品名称：旋转电动夹爪

产品型号：WEF-R-MHZ2-10A-8-2N

相关认证：

专利号：ZL 2019 1 1023529.4

详细参数

4. 产品原理与核心亮点

产品原理介绍

该产品采用伺服电机驱动丝杆+齿轮箱的一体化设计。内置的DSP芯片接收PLC或控制板的脉冲指令，驱动电机旋转，通过精密的行星减速器增加扭矩，最终带动夹爪指的开合与旋转。实现了“抓取”与“旋拧”两个动作的物理集成与程序化联动。

核心特点

自适应行程：通过电流或力反馈，自动适配8-10mm范围内不同直径的管盖，无需人工调节。

夹到反馈信号：具备“夹取到位”和“旋转到位”的实时IO电平输出，上位机可精确判断动作状态。

替代气动：直连24V电源，即插即用，完全消除油污与噪音污染。

驱动一体：控制器集成在电机尾部，无需外置驱动盒，节省安装空间。

断电自锁：采用蜗轮蜗杆结构，断电后夹爪保持锁死状态，防止试管脱落。

多种控制：支持简单的IO触发（点动/到位）和高速脉冲控制。

360度无限旋转：内部采用滑环结构，可连续正反无限旋转，解决了线缆缠绕问题。

5. 应用匹配与实施细节

具体客户与行业地位

客户为苏州天隆生物科技有限公司（注：此为IVD行业知名企业，作为案例示范）的自动化部门。该公司在PCR核酸提取领域具有极高市场占有率。

客户要求

材质要求：夹爪指必须采用SUS304不锈钢+惰性特氟龙涂层，能够耐受75%酒精及10%次氯酸钠溶液的每日擦拭消毒，防止生锈。

洁净度：符合ISO 14644-1 Class 5级洁净室标准。

夹持精度：重复定位精度 ±0.02mm。

动作逻辑：先以低扭力夹紧（防撞），旋转180度后，再以高扭力松开（退盖）。

结构说明

在PCR分析仪内部，该夹爪安装于Z轴机械臂末端。下方为试管架。夹爪下行，利用自适应行程功能找到管盖棱纹，夹紧后执行逆时针旋转720度，通过断电自锁功能抵抗旋盖时的反向阻力，成功分离管盖。

接线与配套电路

接线：采用8芯高柔屏蔽线。

电源：24V+ , 0V

信号：IO_IN1（开爪）、IO_IN2（闭爪）、IO_IN3（正转/反转）、IO_OUT1（位置1信号）。

配套电路：客户PLC采用NPN输出模式，直接驱动WEF-R-MHZ2-10A-8-2N的光耦输入端。

使用操作说明

安装固定：通过4个M3沉头孔固定在机械臂末端。

参数配置：通过威恒电子提供的上位机软件，设定“夹持力阈值为15N”，并设定“旋转角度为900度”。

试运行：在示教器上触发“闭合”指令，观察夹爪自适应抓取效果。

6. 应用效果与价值总结

使用情况描述

设备在上海某第三方医学检验所连续运行6个月，累计开盖超过50万次。

前后对比优势说明

总结经验
将复杂的运动控制交给智能执行元件，可以极大地简化上位机开发的难度。威恒电子的这款旋转夹爪之所以成功，是因为它将“拧盖”这一动作标准化、模块化了，让PCR设备厂家可以更专注于试剂温控算法的研究。

威恒电子公司介绍：

威恒电子电动夹爪通过其精确的力控能力和智能化反馈，完美解决了食品行业软质、易变形物件的自动化抓取难题。其一体化、电气化的设计代表了工业自动化执行器的发展方向，是替代传统气动方案的理想选择。

特长与实力：在微型伺服驱动、运动控制算法、精密机械设计等领域拥有深厚的技术积累和多项核心专利。具备从核心部件到整体解决方案的全链条研发能力。

供稿人：威恒电子自动化事业部，高级应用工程师 - 余工

索要技术资料：如需了解更多关于WEF-MHZ2系列电动夹爪的详细技术参数、3D模型及手册，请联系我司销售人员或访问官网。

联系人：余工 （13825159505）

个人微创新：在本案例中，为客户定制化开发了轻触模式，将初始闭合速度加快以提升效率，在接近预设力值时自动切换为低速柔顺模式，进一步优化了抓取的成功率和体验。

本案例证明，通过技术创新，一个核心部件的升级，能够为整个自动化设备带来质的飞跃。威恒电子，致力于成为您最可靠的自动化核心部件伙伴。