CN101140292B - 加样系统及其防撞装置和防撞方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于加样系统的防撞装置及防撞方法，该加样系统包括移动机构、电机等，该防撞装置包括码盘、光耦、位置信号检测单元、驱动脉冲计数单元和驱动脉冲送出单元，码盘和光耦中的其中一个与移动机构相连，码盘上等间距开有透光隙，光耦在与码盘的相对运动中探测码盘上的透光隙，并输出电平周期性变化的检测信号，位置信号检测单元根据检测信号决定是否向驱动脉冲计数单元输出位置信号，驱动脉冲计数单元根据位置信号判断加样系统是否发生碰撞。本发明还公开了包括该防撞装置的加样系统。本发明可以有效的检测出加样系统的碰撞状态，及时反应，停止加样系统的工作，保障人身安全和仪器不被损坏。

Description

加样系统及其防撞装置和防撞方法

【技术领域】

本发明涉及一种医疗化工领域的加样系统，还涉及加样系统中的防撞装置及其防撞方法。

【背景技术】

在医疗化工领域中，经常需要用到加样系统，现在通常用到的加样系统都是可自动取样、加样的加样系统，加样系统在运动(例如旋转或直线运动)过程中，可能会与正在更换样本或试剂的人体或者其他物体发生碰撞，也可能因控制的误差造成加样系统与其它设备碰撞，从而造成加样系统的损坏、测试结果的错误，更加严重的是很可能会对人体造成伤害。为了保障人身和仪器设备的安全，有必要对加样系统在运动过程中发生的碰撞做出判断。目前，对旋转的加样系统，在加样系统的旋转过程中对碰撞实现检测主要有三种方案：

1、压力检测：在易碰撞的位置放置压力传感器，检测压力值的变化判断是否发生碰撞；这样不仅使得驱动部分的体积加大同时也使得移动机构的重量加重，而传感器的价格也使得产品成本升高。

2、加速度检测：在加样系统正常旋转过程中，加速、匀速、减速阶段都有固定的加速度曲线，通过检测旋转过程中的加速度曲线与正常工作时的加速度曲线对比，根据两者之间的差别判断是否发生碰撞；该方案需要正确的区分碰撞发生的情况和加样系统工作开始的加速过程及终止时减速过程在取样臂上发生的振动情况。因此需要通过信号比较单元将加速度传感器检测到的信号与临界值相比较，判断各种情况下的碰撞。这样使得系统需要增加信号处理部分，设计复杂化，且容易发生误判断。

3、驱动脉冲检测：通过检测驱动脉冲波形的办法来实现检测碰撞的办法。驱动电机的脉冲信号在正常工作时和发生碰撞时会有明显差异，通过检测驱动脉冲信号是否与正常工作时有异样，来判断是否发生碰撞；该方案与加速度检测方法类似，都需要增加信号处理部分，设计复杂。

【发明内容】

本发明的主要目的就是为了解决上述防止加样系统碰撞的问题，提供一种用于加样系统的防止碰撞装置及方法，用一种低成本的设计有效防止加样系统在运动过程中与其它物体发生碰撞。

为实现上述目的，本发明提出一种用于加样系统的防撞装置，其中该加样系统包括移动机构和驱动移动机构的电机，该防撞装置包括：等间距开有透光隙的码盘；探测码盘的相对位置变化的光耦，该码盘和光耦中的其中一个与该移动机构相连，且随移动机构运动；位置信号检测单元、驱动脉冲计数单元和驱动脉冲送出单元，该光耦、位置信号检测单元、驱动脉冲计数单元、驱动脉冲送出单元和该电机顺次电连接；该光耦在与码盘的相对运动中探测码盘上的透光隙，并输出电平周期性变化的检测信号，该位置信号检测单元接收检测信号，根据检测信号决定是否向驱动脉冲计数单元输出位置信号，该驱动脉冲计数单元用于在接收到位置信号时将驱动脉冲计数值清零，在没有接收到位置信号时判断驱动脉冲计数值是否大于或等于设定值，如果是则控制驱动脉冲送出单元停止发送驱动脉冲至电机，并将驱动脉冲计数值清零，如果不是则控制驱动脉冲送出单元发送一个驱动脉冲至电机，并将驱动脉冲计数值加1。

该透光隙为位于码盘边缘的条状或圆形孔隙。

该移动机构为旋转机构，该码盘为圆形盘，该码盘环套地固定在旋转机构的旋转轴上并与旋转轴同轴转动，该光耦被定位使得码盘透光隙伸入到光耦的检测位。

该移动机构为直线运动机构，该光耦固定在移动机构上，该码盘为矩形盘，该码盘被定位使得码盘透光隙伸入到光耦的检测位。

所述位置信号检测单元用于在检测到检测信号的电平跳变时输出位置信号或者在检测到检测信号的上升沿或下降沿时输出位置信号。

该位置信号与检测信号中的电平跳变相对应或与检测信号的周期相对应。

为实现上述目的，本发明还提出了一种用于加样系统的防撞方法，用于标志盘和探测器中的其中一个随移动机构运动的加样系统的防撞，其包括以下步骤：

A1、探测器在与标志盘的相对运动中探测标志盘上的标记点，并输出电平周期性变化的检测信号；

B1、位置信号检测单元接收检测信号，根据检测信号决定是否向驱动脉冲计数单元输出位置信号；

C1、驱动脉冲计数单元接收位置信号，如果接收到位置信号则执行步骤D1，如果没有接收到位置信号则执行步骤E1；

D1、将驱动脉冲计数值清零；

E1、判断驱动脉冲计数值是否大于或等于设定值，如果是则执行步骤F1，如果不是则执行步骤G1；

F1、控制驱动脉冲送出单元停止发送驱动脉冲至电机，并将驱动脉冲计数值清零；

G1、控制驱动脉冲送出单元发送一个驱动脉冲至电机，并将驱动脉冲计数值加1。

其中，这里所用的“标志盘”类似于上述的“码盘”，只是该标志盘上的标记点可以为均匀分布于标志盘上的透光隙、微镜面或者点光源中的任一种。该探测器为光信号发射和/或接受器件，例如光耦。

其中，在该步骤B1中，位置信号检测单元在检测到检测信号的电平跳变时输出位置信号或者在检测到检测信号的上升沿或下降沿时输出位置信号。在该步骤D1之后，驱动脉冲计数单元控制驱动脉冲送出单元发送一个驱动脉冲至电机。在该步骤F1中，驱动脉冲送出单元停止发送驱动脉冲后进行报警。

为实现上述目的，本发明还提供了一种具有防撞功能的加样系统，包括加样探针、用于带动探针运动的移动机构和驱动移动机构的电机；所述加样系统还包括：位置信号产生单元；位置信号检测单元、驱动脉冲计数单元和驱动脉冲送出单元，所述位置信号产生单元、位置信号检测单元、驱动脉冲计数单元、驱动脉冲送出单元和所述电机顺次电连接；所述位置信号产生单元根据移动机构的运动而输出电平周期性变化的检测信号，所述位置信号检测单元接收检测信号，根据检测信号决定是否向驱动脉冲计数单元输出位置信号，所述驱动脉冲计数单元用于在接收到位置信号时将驱动脉冲计数值清零，在没有接收到位置信号时判断驱动脉冲计数值是否大于或等于设定值，如果是则控制驱动脉冲送出单元停止发送驱动脉冲至电机，并将驱动脉冲计数值清零，如果不是则控制驱动脉冲送出单元发送一个驱动脉冲至电机，并将驱动脉冲计数值加1。

其中所述位置信号产生单元包括霍尔位置传感器。

其中，所述位置信号产生单元还可以包括：具有标记点的标志盘；探测标志盘的相对位置变化的探测器，所述标志盘和探测器中的其中一个与所述移动机构相连，且随移动机构运动，探测器在与标志盘的相对运动中探测标志盘上的标记点，并输出电平周期性变化的检测信号。

其中，所述移动机构为旋转机构，所述位置信号产生单元还可以包括与旋转机构同轴旋转的光电编码器。

本发明通过位置检测的方法来判断加样系统在运动过程中是否发生碰撞，即将加样系统的运动行程细分为若干份，则整个运动过程中加样系统连续顺次的运动到指定位置。每次加样系统从当前位置运动到下一位置电机需要走过系统设计的步数。如果从当前位置出发，电机已经走过系统设计的步数但加样系统仍未到达下一位置，则在此过程中，加样系统发生碰撞，系统随即停止加样系统的工作并报警，达到保障人身和仪器设备安全的目的。与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、机械结构简单，只需要增加码盘、检测光耦和相应的电路，使码盘和光耦中一个固定，另一个随移动机构移动，从而使码盘和光耦之间存在相对运动，通过光耦检测码盘上的透光隙即可完成位置检测，不会增加加样系统的尺寸，有助于加样系统的小型化；

2、处理电路简捷，只需要获取光耦信号即可；

3、检测流程易于实现；

4、不受加减速的影响，只与位置有关，因此不会发生误判断；

5、具有较高的检测灵敏度。

本发明的特征及优点将通过实施例结合附图进行详细说明。

【附图说明】

图1为本发明一种实施例的加样系统整体结构图；

图2为本发明一种实施例的码盘结构图；

图3为本发明一种实施例的防撞检测流程图。

【具体实施方式】

实施例一，本实施例是本发明在旋转式加样系统中的应用，移动机构为旋转机构，包括旋转轴。加样系统14的整体结构如图1所示，驱动电机9连接小带轮6并驱动其旋转，小带轮6通过同步带7与大带轮5连接，将旋转运动传递给大带轮5，大带轮5带动旋转轴3和码盘10同步运动。探针1与摇臂2相连，通过旋转轴3驱动与之相连的摇臂2将探针1旋转至指定位置。码盘10为圆形盘，码盘10的边缘上等间距开有透光隙10a，透光隙10a可以为条形或齿状的孔隙，如图2所示，也可以为圆形的孔隙，码盘10环套地固定在旋转轴3上并与旋转轴3同轴转动，光耦8安装在光耦支架4上，不随旋转轴3旋转，定位光耦8使得码盘10的透光隙伸入到光耦的检测位。光耦8检测码盘10来获取位置信号，并通过位置信号检测单元11将信号送入驱动脉冲计数单元12。驱动脉冲计数单元12根据位置信号判断加样系统是否发生碰撞，并控制驱动脉冲送出单元13是否向驱动电机9送出脉冲信号。

另外对于旋转式加样系统，也可以使光耦固定在旋转轴上，随旋转轴旋转，而码盘围绕着旋转轴固定，不随旋转轴旋转。

位置检测的方法需要在不影响加样系统正常工作的情况下，将旋转过程细分为若干个阶段从而给出若干个位置点，用以判断是否出现碰撞。本发明中，采用码盘10将旋转过程细分，通过光耦8来获取位置信号。码盘10的尺寸根据机械结构而定，具体的细分数量则由码盘10尺寸、光耦8检测有效尺寸、系统防撞灵敏度、传动比等条件共同决定。举例说明，如图2所示，码盘10细分为n份，共2*n个齿沿10b，每个齿沿10b确定一个位置。当某个齿沿10b经过光耦8时，此时光耦8输出电平发生跳变，位置信号检测单元11则将检测到的光耦8的电平跳变信号作为位置信号，当检测到光耦8的电平跳变信号时则表示加样系统旋转到此时这个齿沿所对应的位置。当位置信号检测单元11再次检测到光耦8的电平跳变信号时，则表明加样系统旋转到下一个齿沿所对应的位置。这样通过设计光耦8的齿状透光隙的宽度和间距，可以将加样系统的旋转运动细分为2*n份，基于2*n个位置点可以进行旋转过程中碰撞状态的检测，进而达到防撞的目的。当然，其它结构的码盘(例如圆孔形透光隙的码盘)可以达到一样的效果。

在实现位置检测的基础上，需要根据位置信号判断加样系统是否发生碰撞。从当前位置旋转到下一位置，驱动电机9根据系统设计转动固定步数(设为m)即发送m个驱动脉冲就可到达，若从当前位置开始，驱动电机9走的步数已经大于m，而位置信号检测单元还没有检测到光耦8的电平跳变，则说明加样系统还未到达下一位置。造成这种情况的原因只能是在旋转过程中，加样系统受到了阻挡，而未能运动到位，由此判断加样系统发生碰撞。

详细的检测流程如图3所示。在每次发送驱动脉冲信号之前，都需要进行位置检测，以便最及时的发现是否发生碰撞。所以首先进行步骤S2，通过位置信号检测单元11检测光耦8的输出信号，然后在步骤S4判断光耦信号是否发生电平跳变，当光耦8的输出电平发生跳变，则说明加样系统旋转到某个齿沿所对应的位置，然后执行步骤S6；如果电平没有发生跳变，则说明加样系统未旋转到齿沿所对应的位置，还在两个齿沿之间，则执行步骤S12。信号检测单元11将结果送给驱动脉冲计数单元12，根据结果的不同采取不同的措施。在步骤S12，当加样系统未旋转到齿沿对应位置，驱动脉冲计数单元检查脉冲计数值是否超出系统设计值m，如果超出，则判断其发生碰撞，执行步骤S18，将驱动脉冲计数值清零，并执行步骤S20，通知驱动脉冲送出单元停止发送驱动脉冲，并报警；在步骤S14，如果未超出，则表明还未运行到位，需要继续发送驱动脉冲，因此将驱动脉冲计数值加1，然后执行步骤S16，通知驱动脉冲送出单元发出一个驱动脉冲信号。在步骤S6，当光耦8的输出电平发生跳变，即加样系统旋转到某个齿沿所对应的位置，则说明系统正常运行中，此时将驱动脉冲计数值清零，以便重新开始计数，然后执行步骤S8，通知驱动脉冲送出单元13发出一个驱动脉冲信号。至此，完成一次发送驱动脉冲的过程，要发送下次驱动脉冲则从头开始进行位置检测判断。

上述流程中，步骤S2、S4由位置信号检测单元处理，步骤S6、S12、S14、S18由驱动脉冲计数单元处理，步骤S8、S16、S20由驱动脉冲送出单元处理。

从上述检测流程中，可以看到系统设定值m的大小直接影响防撞检测的灵敏度，而这个值的确定由整个旋转过程细分程度所决定。

根据本发明的原理，位置信号可以在检测到光耦输出信号中的电平跳变时由位置信号检测单元输出，也可以根据光耦输出信号的周期由位置信号检测单元输出，即当位置信号检测单元检测到光耦输出信号的上升沿时输出或当位置信号检测单元检测到光耦输出信号的下降沿时输出。

对于旋转式的加样系统，还可以采用光电编码器来代替码盘和光耦，光电编码器是由光栅盘和光电检测装置组成，光电编码器套在旋转轴上，使光栅盘随旋转轴转动，光电编码器输出一系列脉冲信号，根据该脉冲信号进行防撞检测。

实施例二，本发明还可以应用在直线式运动的加样系统中，移动机构为直线运动机构，优选方案是光耦固定在移动机构上，随移动机构运动，码盘为矩形盘，且为固定在移动机构移动轨迹的配件，不随移动机构运动，且码盘的一边缘与移动机构的运动轨迹平行，使码盘透光隙伸入到光耦的检测位。位置信号检测单元、驱动脉冲计数单元和驱动脉冲送出单元可与实施例一相同，与实施例一具有同样的防撞功能。

需要说明的是，可以采用具有均匀分布的微镜面或者点光源的标志盘来取代上文提到的具有透光隙的码盘，同时用适当的光信号发射和/或接受探测器来检测由于标志盘与探测器之间相对运动而引起的光信号的变化，其中，当采用微镜面时，探测器可根据微镜面所反射的光来检测标志盘位置的变化，当采用点光源时，探测器可根据探测到的来自点光源的光来检测标志盘位置的变化。探测器进而产生检测信号，以用于同上述类似的位置信号检测单元、驱动脉冲计数单元和驱动脉冲送出单元的运作。

另外，还可以采用霍尔位置传感器来代替上述的光耦以及其它的位置变化检测手段。由于霍尔传感器及霍尔原理是本领域内技术人员所熟知的，在此不再进行详细介绍。

综上所述，本发明可以有效的检测出加样系统的碰撞状态，及时反应，停止加样系统的工作，保障人身安全和仪器不被损坏，特别保护了探针，使得探针使用寿命加长。

Claims (17)

1.一种用于加样系统的防撞装置，其中所述加样系统包括移动机构和驱动移动机构的电机，其特征在于：所述防撞装置包括：

等间距开有透光隙的码盘；

探测码盘的相对位置变化的光耦，所述码盘和光耦中的其中一个与所述移动机构相连，且随移动机构运动；

位置信号检测单元、驱动脉冲计数单元和驱动脉冲送出单元，所述光耦、位置信号检测单元、驱动脉冲计数单元、驱动脉冲送出单元和所述电机顺次电连接；

所述光耦在与码盘的相对运动中探测码盘上的透光隙，并输出电平周期性变化的检测信号，所述位置信号检测单元接收检测信号，根据检测信号决定是否向驱动脉冲计数单元输出位置信号，所述驱动脉冲计数单元用于在接收到位置信号时将驱动脉冲计数值清零，在没有接收到位置信号时判断驱动脉冲计数值是否大于或等于设定值，如果是则控制驱动脉冲送出单元停止发送驱动脉冲至电机，并将驱动脉冲计数值清零，如果不是则控制驱动脉冲送出单元发送一个驱动脉冲至电机，并将驱动脉冲计数值加1。

2.如权利要求1所述的防撞装置，其特征在于：所述透光隙为位于码盘边缘的条状或圆形孔隙。

3.如权利要求2所述的防撞装置，其特征在于：所述移动机构为旋转机构，所述码盘为圆形盘，所述码盘环套地固定在旋转机构的旋转轴上并与旋转轴同轴转动，所述光耦被定位使得码盘透光隙伸入到光耦的检测位。

4.如权利要求2所述的防撞装置，其特征在于：所述移动机构为直线运动机构，所述光耦固定在移动机构上，所述码盘为矩形盘，所述码盘被定位使得码盘透光隙伸入到光耦的检测位。

5.如权利要求1至4中任一项所述的防撞装置，其特征在于：所述位置信号检测单元用于在检测到检测信号的电平跳变时输出位置信号或者在检测到检测信号的上升沿或下降沿时输出位置信号。

6.如权利要求5所述的防撞装置，其特征在于：所述位置信号与检测信号中的电平跳变相对应或与检测信号的周期相对应。

7.一种用于加样系统的防撞方法，用于标志盘和探测器中的其中一个随移动机构运动的加样系统的防撞，其特征在于：包括以下步骤：

A1、探测器在与标志盘的相对运动中探测标志盘上的标记点，并输出电平周期性变化的检测信号，所述标志盘上的标记点为均匀分布于标志盘上的透光隙、微镜面或点光源，所述探测器为光信号发射和/或接受器件；

B1、位置信号检测单元接收检测信号，根据检测信号决定是否向驱动脉冲计数单元输出位置信号；

C1、驱动脉冲计数单元接收位置信号，如果接收到位置信号则执行步骤D1，如果没有接收到位置信号则执行步骤E1；

D1、将驱动脉冲计数值清零；

E1、判断驱动脉冲计数值是否大于或等于设定值，如果是则执行步骤F1，如果不是则执行步骤G1；

F1、控制驱动脉冲送出单元停止发送驱动脉冲至电机，并将驱动脉冲计数值清零；

G1、控制驱动脉冲送出单元发送一个驱动脉冲至电机，并将驱动脉冲计数值加1。

8.如权利要求7所述的防撞方法，其特征在于：在所述步骤B1中，位置信号检测单元在检测到检测信号的电平跳变时输出位置信号或者在检测到检测信号的上升沿或下降沿时输出位置信号。

9.如权利要求8所述的防撞方法，其特征在于：在所述步骤D1之后，驱动脉冲计数单元控制驱动脉冲送出单元发送一个驱动脉冲至电机。

10.如权利要求9所述的防撞方法，其特征在于：在所述步骤F1中，驱动脉冲送出单元停止发送驱动脉冲后进行报警。

11.一种具有防撞功能的加样系统，包括加样探针、用于带动探针运动的移动机构和驱动移动机构的电机；所述加样系统还包括：

位置信号产生单元；

位置信号检测单元、驱动脉冲计数单元和驱动脉冲送出单元，所述位置信号产生单元、位置信号检测单元、驱动脉冲计数单元、驱动脉冲送出单元和所述电机顺次电连接；

所述位置信号产生单元根据移动机构的运动而输出电平周期性变化的检测信号，所述位置信号检测单元接收检测信号，根据检测信号决定是否向驱动脉冲计数单元输出位置信号，所述驱动脉冲计数单元用于在接收到位置信号时将驱动脉冲计数值清零，在没有接收到位置信号时判断驱动脉冲计数值是否大于或等于设定值，如果是则控制驱动脉冲送出单元停止发送驱动脉冲至电机，并将驱动脉冲计数值清零，如果不是则控制驱动脉冲送出单元发送一个驱动脉冲至电机，并将驱动脉冲计数值加1。

12.如权利要求11所述的加样系统，其特征在于：所述位置信号产生单元包括霍尔位置传感器。

13.如权利要求11所述的加样系统，其特征在于：所述位置信号产生单元包括：

具有标记点的标志盘，所述标志盘上的标记点为均匀分布于标志盘上的透光隙、微镜面或点光源；

探测标志盘的相对位置变化的探测器，所述探测器为光信号发射和/或接受器件，所述标志盘和探测器中的其中一个与所述移动机构相连，且随移动机构运动，探测器在与标志盘的相对运动中探测标志盘上的标记点，并输出电平周期性变化的检测信号。

14.如权利要求13所述的加样系统，其特征在于：所述移动机构为旋转机构，所述标志盘为圆形盘，其环套地固定在旋转机构的旋转轴上并与旋转轴同轴转动，所述探测器被定位使得标志盘透光隙伸入到探测器的检测位。

15.如权利要求13所述的加样系统，其特征在于：所述移动机构为直线运动机构，所述探测器固定在移动机构上，所述标志盘为矩形盘，所述标志盘被定位使得标志盘透光隙伸入到探测器的检测位。

16.如权利要求11所述的加样系统，其特征在于：所述移动机构为旋转机构，所述位置信号产生单元包括与旋转机构同轴旋转的光电编码器。

17.如权利要求11至16中任一项所述的加样系统，其特征在于：所述位置信号检测单元用于在检测到检测信号的电平跳变时输出位置信号或者在检测到检测信号的上升沿或下降沿时输出位置信号，所述位置信号与检测信号中的电平跳变相对应或与检测信号的周期相对应。

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