CN103317508A - 一种微孔板转移机械手装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微孔板转移机械手装置，所述机械手固定在所述滑块上并由所述步进电机驱动沿所述直线导轨上下运动，所述直线导轨的顶部设有与所述步进电机相连的所述霍尔传感器，所述第二霍尔传感器安装在所述机械手的手指上与所述直流电机连接，所述导杆横向穿过所述两只机械手，所述凸轮夹装在所述两只机械手之间与机械手紧密接触，且由所述直流电机驱动转动，所述弹簧连接所述两只机械手；本机械手用于生化实验的自动化工作站的自动移板操作，定位准确，精度可达1mm；通过智能化操作，极大地节约了劳动力，使研究员有更多的时间致力于实验结果的分析，同时保护实验员远离有毒性的样品，保证实验安全可靠的进行。

Description

一种微孔板转移机械手装置

技术领域

本发明涉及生物医学工程领域，具体涉及一种微孔板转移装置。

背景技术

机械手是在机械化、自动化生产过程中发展起来的一种新型装置，它能模仿人手和臂的某些动作，按照设定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动化装置，能在有害环境下操作以保护人身安全。在当前生物科学技术高速发展的今天，机械手不仅广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工等部门，还被逐渐应用于生物医学工程领域。

随着纳米科学技术的快速发展，在基因组研究、蛋白质组研究和药物筛选等研究领域，需要实验仪器能够完成各种样品的DNA/RNA提取、质粒提取纯化、PCR反应体系建立及产物纯化、蛋白质纯化、Aptamer（核酸适配子）筛选、ELISA反应、药物靶标等研究，这些生化实验对精度的要求非常高，人手操作造成的系统误差不可忽视，同时某些实验样品具有毒性，人身安全不能得到保证，因此发明机械化、自动化的机械手成为必要。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于为了克服现有技术的不足，提供一种可保证实验精度和操作安全的微孔板转移机械手装置，适用于全自动生化分析工作站中，实现操作过程中微孔板自动化、精确化和智能化的抓取、转移和放置。

技术方案：本发明所述的一种微孔板转移机械手装置，包括导杆、凸轮、弹簧、两只机械手、滑块、直线导轨、直流电机、步进电机、第一霍尔传感器和第二霍尔传感器，所述机械手固定在所述滑块上并由所述步进电机驱动沿所述直线导轨上下运动，完成机械手的垂直动作，所述直线导轨的顶部设有与所述步进电机相连的所述第一霍尔传感器，所述第二霍尔传感器安装在所述机械手的机械手指上与所述直流电机连接，所述导杆横向穿过所述两只机械手，所述凸轮夹装在所述两只机械手之间并由所述直流电机驱动转动，机械手与凸轮紧密接触，所述弹簧连接所述两只机械手，凸轮的转动推动机械手在导杆上水平动作。

为了控制机械手的动作，所述直流电机和所述步进电机分别由单片机控制的第一驱动芯片和第二驱动芯片驱动，所述第一霍尔传感器和所述第二霍尔传感器连接所述单片机并向所述单片机反馈信号，所述第一霍尔传感器用来完成上电后机械手的复位动作，所述第二霍尔传感器用于检测两只机械手指的张开和闭合的状态，两者都将状态信号反馈给单片机进行处理。

进一步，所述第一驱动芯片为H桥驱动芯片，控制信号DIR为控制直流电机转动方向信号，控制信号BRAKE为控制电机刹车的信号，控制信号PWM为控制电机转速的信号。

进一步，所述第二驱动芯片为步进电机驱动芯片，控制信号CP为步进电机转向控制信号，控制信号CLK为步进电机转速控制信号，控制信号EN为驱动芯片使能信号。

所述单片机和PC相连，PC完成人机接口，向PC输入指令，指令传递给单片机，而单片机实现全部的坐标定位控制，两者结合完成对样本板三自由度的精确移动，并进行精确定位控制。 

为了完成两只机械手指在水平方向上的张开和闭合动作，所述凸轮为椭圆形，当直流电机带动凸轮转到长轴时，机械手指在导杆上向外滑动，完成张开动作；当凸轮转到短轴时，在弹簧的拉动下机械手指在导杆上向里滑动完成闭合动作。

有益效果：1、本机械手用于生化实验的自动化工作站的自动移板操作，定位准确，精度可达1mm；通过智能化操作，极大地节约了劳动力，使研究员有更多的时间致力于实验结果的分析，同时保护实验员远离有毒性的样品，保证实验安全可靠的进行；2、应用于生物医学工程领域，极大地推动了纳米科学技术领域的发展，为基因、蛋白质、药物筛选的发展提供了工具，推动了其智能化、自动化的发展，填补了机械手在生物医药领域的空白。

附图说明

图1为本发明机械手装置的结构正视图；

图2为本发明机械手装置的结构侧视图；

图3为本发明的电控制框图。

具体实施方式

下面对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。

实施例：一种微孔板转移机械手装置，包括导杆1、凸轮2、弹簧3、两只机械手4、滑块5、直线导轨6、直流电机7、步进电机8、第一霍尔传感器、第二霍尔传感器、H桥驱动芯片、步进电机驱动芯片、C8051单片机和PC，机械手4固定在滑块5上并由步进电机8驱动沿直线导轨6上下运动，完成机械手4的垂直动作，直线导轨6的顶部设有与步进电机8相连的第一霍尔传感器，第二霍尔传感器安装在机械手指9上并与直流电机7相连，导杆1横向穿过两只机械手4，弹簧3连接两只机械手4，凸轮2夹装在两只机械手4之间并由直流电机7驱动转动，凸轮2为椭圆形，可在直流电机7的驱动下按顺时针方向转动，机械手4与凸轮2紧密接触，故机械手4可在导杆1上水平往复运动，完成两只机械手指9的张开和闭合动作：当直流电机7带动凸轮2转到长轴时，机械手指9在导杆1上向外滑动，完成张开动作；当凸轮2转到短轴时，在弹簧3的拉动下机械手指9在导杆1上向里滑动完成闭合动作，本实施例能够根据所需不同的工作位置在系统平台上的高度信息，自动下降到合适的位置进行板的抓取、转移和放置动作。

如图3所示控制电路，C8051单片机和PC相连实现两级控制，PC完成人机接口，向PC输入指令，指令传递给C8051单片机，而C8051单片机实现机械手4位置的坐标控制，两者结合完成对样本板三自由度的精确移动，并进行精确定位。直流电机7和步进电机8分别由C8051单片机控制的H桥驱动芯片和步进电机驱动芯片驱动，H桥驱动芯片采用专用于直流电动机驱动的H桥芯片来驱动直流电机7，其中控制信号DIR为控制直流电机7转动方向信号，控制信号BRAKE为控制电机刹车的信号，控制信号PWM为控制电机转速的信号；步进电机驱动芯片采用高性能步进电机驱动芯片进行驱动，其中控制信号CP为步进电机8转向控制信号，控制信号CLK为步进电机8转速控制信号，控制信号EN为驱动芯片使能信号，使用时将步进电机8设置为最高的1/64细分。

第一霍尔传感器和第二霍尔传感器连接C8051单片机并向C8051单片机反馈信号，第一霍尔传感器检测机械手4初始位置状态，使其在工作开始时回到顶端的复位位置，用于系统对微孔板转移机械手4初始化；当装置上电后，机械手4在步进电机8的驱动下到达顶端的复位位置；第二霍尔传感器用于检测机械手指9张开状态和闭合状态，并将状态信号反馈给C8051单片机进行处理，通过判断机械手指9的状态控制定位机械手4。

本实施例能够抓起带裙边96孔微孔板、酶标板等实验所用样品板，并放置到设定的某一工作位上，机械手4能够平行移板，水平误差小于1 mm。在放置样品板的过程中，该机械手在一定水平定位误差存在的情况下，能够缓慢匀速地向下运动完成压板动作，通过施加适当的压力使样品板发生形变来校正定位误差，以保证样品板平稳放置在工作位上；在完成压板动作时，微孔板机械手4能够通过夹持力在反应板两侧均匀施力，使样品板在此导向作用下放置到工作位上之后，保证板沿与固定台面之间间距小于1 mm，在张开抓手和提起机械手后，样品板恢复形变，样品板被精确放置在相应工位。

Claims (6)

1.一种微孔板转移机械手装置，其特征在于：包括导杆、凸轮、弹簧、两只机械手、滑块、直线导轨、直流电机、步进电机、第一霍尔传感器和第二霍尔传感器，所述机械手固定在所述滑块上并由所述步进电机驱动沿所述直线导轨上下运动，所述直线导轨的顶部设有与所述步进电机相连的所述第一霍尔传感器，所述第二霍尔传感器安装在所述机械手的手指上与所述直流电机连接，所述导杆横向穿过所述两只机械手，所述凸轮夹装在所述两只机械手之间与机械手紧密接触，且由所述直流电机驱动转动，所述弹簧连接所述两只机械手。

2.根据权利要求1所述的微孔板转移机械手装置，其特征在于：所述直流电机和所述步进电机分别由单片机控制的第一驱动芯片和第二驱动芯片驱动，所述第一霍尔传感器和所述第二霍尔传感器连接所述单片机并向所述单片机反馈信号。

3.根据权利要求1所述的微孔板转移机械手装置，其特征在于：所述第一驱动芯片为H桥驱动芯片，控制信号DIR为控制直流电机转动方向信号，控制信号BRAKE为控制电机刹车的信号，控制信号PWM为控制电机转速的信号。

4.根据权利要求1所述的微孔板转移机械手装置，其特征在于：所述第二驱动芯片为步进电机驱动芯片，控制信号CP为步进电机转向控制信号，控制信号CLK为步进电机转速控制信号，控制信号EN为驱动芯片使能信号。

5.根据权利要求1所属的微孔板转移机械手装置，其特征在于：所述单片机和PC相连，PC根据指令传递给单片机完成所述机械手的坐标定位控制。

6.根据权利要求1所述的微孔板转移机械手装置，其特征在于：所述凸轮为椭圆形。

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