CN109557329B

CN109557329B - 旋转式加样装置及加样方法

Info

Publication number: CN109557329B
Application number: CN201710878367.7A
Authority: CN
Inventors: 朱亮; 尹力; 童帅; 易万贯; 班定平; 李斯尧
Original assignee: Shenzhen New Industries Biomedical Engineering Co Ltd
Current assignee: Shenzhen New Industries Biomedical Engineering Co Ltd
Priority date: 2017-09-26
Filing date: 2017-09-26
Publication date: 2022-07-19
Anticipated expiration: 2037-09-26
Also published as: CN109557329A

Abstract

本发明适用于医疗器械领域，提供了一种旋转式加样装置及该旋转式加样装置的加样方法。该旋转式加样装置包括直线滑台、加样模块和旋转悬臂，直线滑台包括直线导轨、滑块和直线驱动机构；旋转悬臂包括旋转臂和旋转驱动机构，旋转驱动机构安装于滑块上。通过旋转悬臂带动加样模块转动，以覆盖旋转臂长为半径的圆环区域，而同时通过直线滑台带动旋转悬臂移动，使上述圆环区域沿直线导轨移动，以形成腰形覆盖区，使该覆盖区域在沿直线导轨的方向上的长度为直线导轨的长度加上两倍旋转臂上；而在沿垂直于直线导轨的方向上，覆盖区域宽度为两倍旋转臂长，则该结构可以将臂长设计相对更短，以减小旋转臂受到的弯矩，提高力学性能。

Description

旋转式加样装置及加样方法

技术领域

本发明属于医疗器械领域，尤其涉及一种旋转式加样装置及该旋转式加样装置的加样方法。

背景技术

现有的体外诊断医疗器械中，加样模块在连续实验过程中，要直接接触不同类型样本(如病人血清)。为避免加样时携带污染，行业内普遍引入使用一次性吸头(TIP头)的加样模块，当前常用的加样模块一般为ADP(气动移液)模块。当前的ADP模块有以下几个特点：重量大、体积大、气动控制模式。为使嵌入ADP模块的加样系统，在加样点分散，加样空间有限，移动空间干涉因素较多的条件下，实现快速、稳定、低噪加样，需要设计一套能弥补ADP模块缺点的加样机械臂。

现有的加样机械臂有三种类型：第一种是单节臂绕支撑轴做圆周运动以及上下运动的简单加样臂；第二种是可以使ADP模块沿X、Y、Z三轴移动的三轴加样臂；第三种是双节加样臂，即在第一种加样臂的基础上将单节臂改成双节臂。这三种加样臂均存在着各自的不足：第一种加样臂虽然结构简单，但是只能覆盖圆周上的取样区域。双节加样臂可以覆盖双节臂长之和为大径，臂长之差为小径的环型取样区域，并且长悬臂力学性能很差，负载很小，无法实现ADP模块的平稳运动。由于使用三轴移动平台的加样臂占用空间过大，会影响设备中其它部件布局，故当前一般使用悬臂式三轴加样臂。然而悬臂式三轴加样臂的任意方向上的取样范围都不能超过该方向上臂的长度，且为了覆盖较大的范围，需要将悬臂设计较长，而由于ADP模块和Z轴机械臂的总重量较大，导致悬臂所受到的弯矩较大，力学性能不好。

发明内容

本发明的目的在于提供一种旋转式加样装置，旨在解决当前悬臂式三轴加样臂任意方向上的取样范围均不能超过该方向上的臂长，且力学性能差的问题。

本发明是这样实现的，一种旋转式加样装置，包括直线滑台、用于加样的加样模块和支撑所述加样模块的旋转悬臂，所述直线滑台包括直线导轨、滑动安装于所述直线导轨上的滑块和驱动所述滑块于所述直线导轨上移动的直线驱动机构；所述旋转悬臂包括用于支撑所述加样模块的旋转臂和驱动所述旋转臂转动的旋转驱动机构，所述旋转驱动机构安装于所述滑块上。

本发明的另一目的在于提供一种如上所述的旋转式加样装置的加样方法，包括如下步骤：

初始化：使所述旋转悬臂处于所述直线导轨的原点位置，使所述加样模块处于初始位置，同时建立平面坐标系，以所述原点位置为坐标系原点O，以所述直线导轨为X轴，以垂直于所述直线导轨的方向为Y轴，并确定所述旋转臂的长度L_R以及所述旋转臂与X轴之间初始角度θ₀；

关键点选取：在取样区域中选定m行*n列的矩形区域，并在该矩形区域中选取A、B、C三个坐标点，其中A点为所述矩形区域的第1行第1列对应的点，B点为所述矩形区域的第1行第n列对应的点，C点为所述矩形区域的第m行第n列对应的点；

计算关键点的直角坐标：使加样模块的Tip头对准A点，并记录A点的运动坐标，以计算A点的直角坐标；使加样模块的Tip头对准B点，并记录B点的运动坐标，以计算B点的直角坐标；使加样模块的Tip头对准C点，并记录C点的运动坐标，以计算C点的直角坐标；

计算目标点的直角坐标：根据上述A、B、C点的直角坐标，确定所述矩形区域中第a行第b列对应的目标点T的直角坐标；

计算目标点的运动坐标：根据所述目标点的直角坐标，计算所述目标点的运动坐标；

移动加样模块：根据上述目标点的运动坐标，移动所述旋转悬臂和所述旋转臂，使所述加样模块的Tip头对准目标点。

本发明设置直线滑台和旋转悬臂，通过旋转悬臂带动加样模块转动，以覆盖旋转臂长为半径的圆环区域，而同时通过直线滑台带动旋转悬臂移动，以使上述圆环区域沿直线导轨移动，以形成腰形覆盖区，使该旋转式加样装置的覆盖区域在沿直线导轨的方向上的长度为直线导轨的长度加上两倍旋转臂长；而在沿垂直于直线导轨的方向上，覆盖区域宽度为两倍旋转臂长，则该结构可以将臂长设计相对更短，以减小旋转臂受到的弯矩，提高力学性能。

附图说明

图1是本发明实施例一提供的一种旋转式加样装置的立体结构示意图；

图2是图1的旋转式加样装置的另一角度的立体结构示意图；

图3是图1的旋转式加样装置的分解结构示意图；

图4是图1的旋转式加样装置的加样方法的流程图；

图5是图1的旋转式加样装置加样覆盖区域的结构示意图；

图6是图1的旋转式加样装置的参考点校准的模型示意图；

图7是图1的旋转式加样装置的关键点校准的模型示意图。

图8是本发明实施例二提供的一种旋转式加样装置的立体结构示意图；

图9是图8的旋转式加样装置的另一角度的立体结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者可能同时存在居中元件。当一个元件被称为“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

还需要说明的是，本实施例中的左、右、上、下等方位用语，仅是互为相对概念或是以产品的正常使用状态为参考的，而不应该认为是具有限制性的。

为了方便描述，定义空间上相互垂直的三个坐标轴分别为X轴、Y轴和Z轴，其中X轴与Y轴为同一水平面相互垂直的两个坐标轴，Z轴为竖直方向的坐标轴；X轴、Y轴和Z轴位于空间相互垂直有三个平面分别为XY面、YZ面和XZ面，其中，XY面为水平面，XZ面和YZ面均为竖直面，且XZ面与YZ面垂直。

本发明中专业术语：ADP模块：即air-displacement pipetting module，中文名为：气动移液模块。TIP头：取样用的一次性吸头。

实施例一：

请参阅图1至图7，本发明实施例提供的一种旋转式加样装置100，包括直线滑台10、加样模块50和旋转悬臂30，加样模块50用来进行加样。加样模块50上一般会设置TIP头51，以进行取样。具体地，本实施例中，加样模块50为ADP模块。在其它实施例中，加样模块50也可以为钢针、液路和柱塞泵组成的取样模块。加样模块50安装在旋转悬臂30上，通过旋转悬臂30来支撑住加样模块50，同时带动加样模块50转动。旋转悬臂30滑动安装在直线滑台10上，通过直线滑台10来驱动旋转悬臂30直线移动。

直线滑台10包括直线导轨11、滑块12和直线驱动机构20；直线导轨11起到定位、引导的作用；滑块12滑动安装在直线导轨11上，而旋转悬臂30与滑块12相连，通过滑块12来支撑住旋转悬臂30，通过直线驱动机构20来驱动滑块12在直线导轨11上移动，以带动旋转悬臂30在直线导轨11上移动。旋转悬臂30包括旋转臂31和旋转驱动机构40，加样模块50安装在旋转臂31上，通过旋转臂31来支撑住加样模块50；通过旋转驱动机构40来驱动旋转臂31转动，进而带动加样模块50绕旋转臂31的旋转中心转动。旋转驱动机构40安装于滑块12上，以使滑块12在直线导轨11上移动时，可以带动旋转驱动机构40移动，进而带动旋转臂31在直线导轨11上移动。

设置直线滑台10和旋转悬臂30，通过旋转悬臂30带动加样模块50转动，以覆盖旋转臂31长为半径的圆环区域，而同时通过直线滑台10带动旋转悬臂30移动，以使上述圆环区域沿直线导轨11移动，以形成腰形覆盖区，使该旋转式加样装置100的覆盖区域在沿直线导轨11的方向上的长度为直线导轨11的长度加上两倍旋转臂31上；而在沿垂直于直线导轨11的方向上，覆盖区域宽度为两倍旋转臂31长，则该结构可以将臂长设计相对更短，以减小旋转臂31受到的弯矩，提高力学性能。另，腰形覆盖区是指：两端呈半圆形，中部呈长方形的面覆盖区。

请参阅图1、图2和图3，进一步地，本实施例中，旋转驱动机构40包括旋转平台41和第一安装块42，第一安装块42安装于滑块12上，旋转臂31安装于旋转平台41上。通过第一安装块42来支撑住旋转平台41，而使用旋转平台41来驱动旋转臂31转动。旋转平台41集成了电机(图中未标出)、减速箱(图中未标出)和交叉滚子轴承(图中未标出)，通过大减速比减速箱提升输出力矩，由交叉滚子轴承承受负载的重量，配合大面积的安装面，使旋转悬臂30能长期稳定的在大负载情况下运行。在其它实施例中，也可以使用电机直接驱动旋转臂31转动的方案。

进一步地，旋转平台41上安装有用于确定旋转臂31初始角度位置的角度感应组件33。在旋转平台41上设置角度感应组合，以方便初始化时确定旋转臂31在初始位置时的角度，进而可以方便对加样模块50进行定位。

本实施例中，角度感应组件33包括随旋转臂31转动的角度感应片332和用于感应角度感应片332位置的角度感应器331。使用角度感应片332和角度感应器331，在旋转平台41驱动旋转臂31转动时，同时带动角度感应片332转动，当角度感应片332经过角度感应器331时，被角度感应器331探测，从而确定旋转臂31的初始角度。本实施例中，角度感应器331可以为光耦。在其它实施例中，角度感应器331也可以为其它感应元件，如电磁感应器等。当然，还有一些实施例中，角度感应组件33也可以光栅感应机构，通过光栅感应机构实时检测旋转臂31的角度位置。

进一步地，滑块12位于直线导轨11的上方，旋转驱动机构40设于滑块12的上方。该结构可以更稳定的支撑住旋转悬臂30，从而使运动更为平稳，精确度更高。

进一步地，旋转臂31包括配合安装于旋转驱动机构40的圆盘段311、长条段312和连接圆盘段311与长条段312的过渡段313，加样模块50安装于长条段312上。旋转臂31由圆盘段311、过渡段313和长条段312构成，即使旋转臂31呈水滴状，可以使旋转臂31的强度更大，进而保证旋转臂31能更平稳地安装在旋转驱动机构40上，从而更好的支撑住加样模块50。在其它实施例中，旋转臂31也可以呈长条状或其它形状。

进一步地，该旋转式加样装置100还包括用于确定旋转臂31于直线导轨11上的初始位置的位置感应组件13。设置位置感应组合，以方便确定旋转驱动机构40在直线导轨11上的位置，进而确定旋转臂31在直线导轨11上的位置，进而可以方便对加样模块50进行定位。

本实施例中，位置感应组件13包括随旋转臂31移动的位置感应片132和用于感应位置感应片132位置的位置感应器131，位置感应片132与滑块12固定相连，位置感应器131安装于直线导轨11上。使用位置感应片132和位置感应器131，在直线驱动机构20驱动滑块12在直线导轨11上移动时，同时带动位置感应片132移动，当位置感应片132经过位置感应器131时，被位置感应器131探测，从而确定旋转臂31的初始位置。本实施例中，位置感应器131可以为光耦。在其它实施例中，位置感应器131也可以为其它感应元件，如电磁感应器等。当然，还有一些实施例中，位置感应组件13也可以光栅感应机构，通过光栅感应机构实时检测旋转臂31在直线导轨11上的位置。

进一步地，本实施例中，直线驱动机构20包括驱动电机21、主动轮22、从动轮23、中间轮24、第一传送带25和第二传送带26，第一传送带25与滑块12相连，驱动电机21安装于直线导轨11下方，以防驱动电机21挡住旋转臂31转动。主动轮22与驱动电机21相连，从动轮23安装于直线导轨11远离主动轮22的一端，中间轮24安装于直线导轨11靠近主动轮22的一端，第一传送带25连接从动轮23与中间轮24，通过从动轮23与中间轮24来支撑住第一传送带25，而第二传送带26连接主动轮22与中间轮24，驱动电机21驱动主动轮22转动，经第二传送带26带动中间轮24转动，并带动第一传送带25移动，而第一传送带25与滑块12相连，进而可以带动滑块12在直线导轨11上移动。使用第一传送带25和第二传送带26进行传动，结构简单、成本低、加工与安装方便。在其它实施例中，也可以使用链条传动，即将主动轮22、中间轮24和从动轮23均设为链轮，以通过链条传动。在还有一些实施例中，直线驱动机构20也可以使用丝轮丝杆机构或齿轮齿条机构。

进一步地，直线驱动机构20还包括第二安装块27，第二安装块27与第一安装块42相连，且第二安装块27与第一传送带25固定相连，从而将第一传送带25与第一安装块42固定相连，进而将第一传送带25与滑块12固定相连。

进一步地，直线滑台10还包括底板14，直线导轨11安装于底板14上，直线驱动机构20安装于底板14上，通过底板14来支撑住直线导轨11和直线驱动机构20，同时方便直线滑台10的安装。

进一步地，直线驱动机构20还包括电机架28，电机架28固定在底板14上，而驱动电机21安装在电机架28上，通过电机架28来支撑住驱动电机21。

进一步地，位置感应组件13的位置感应器131安装在底板14上。进一步地，底板14上还开设有定位槽141，以便定位位置感应器131。

进一步地，直线驱动机构20还包括第三安装块29，第三安装块29固定在底板14上，而从动轮23通过轮轴231枢接在第三安装块29上。电机架28上凸设有安装板281，中间轮24通过枢轴241安装在电机架28的安装板281上。

请参阅图1、图2和图3，进一步地，中间轮24是一个复合同步带轮，其近似一个减速齿轮。具体地，中间轮24可以由两个节径不同的同步带轮通过铆压和螺纹连接的方式固定成一体。即中间轮24包括同轴相连的小带轮和大带轮。

本发明的旋转式加样装置100工作时，驱动电机21带动主动轮22旋转，主动轮22通过第二传送带26将运动传递至中间轮24，中间轮24是一个复合同步带轮，其近似一个减速齿轮。中间轮24可以由两个节径不同的同步带轮通过铆压和螺纹连接的方式固定成一体。所以当中间轮24通过第一传送带25将运动传递至安装在直线导轨11上的滑块12时，其线速度和驱动电机21线速度之比为中间轮24的小带轮和大带轮节径之比，这种结构间接的细分了电机步距，提升了运动精度。

旋转悬臂30在受第一传送带25带动在直线导轨11上线性滑动的同时，自身的旋转平台41也在集成电机的驱动下进行旋转，旋转臂31受旋转平台41带动，其末端的ADP模块进行轨迹为圆周的运动，此运动与旋转悬臂30的线性运动叠加，产生了一个腰形的工作范围(即上述腰形覆盖区)，通过对驱动电机21和旋转平台41的控制，可以实现在工作范围内的任意处定位，当定位至TIP头51装载位或样本取样/吐样位时，ADP模块内部集成的电机驱动执行器沿Z轴移动至工作位，进行TIP头51装卸和样本吸吐。此种工作方式下，将X轴中心视为X-Y直角坐标系的原点O时，其取样范围可以覆盖到坐标系的四个象限，相比于现有的悬臂式机械臂仅能覆盖两个象限的结构，本发明的旋转式加样装置100的取样的灵活性得到大幅提高，设备安装布局也更为简单。

请一并参阅图5，本实施例中，直线导轨11的长度小于旋转臂31上的两倍，则旋转悬臂30位于直线导轨11左端时，加样模块50覆盖的区域为圆D，旋转悬臂30位于直线导轨11右端时，加样模块50覆盖的区域为圆E；旋转悬臂30从直线导轨11的左端移动到右端时，圆D逐渐移动到圆E的位置，从而使覆盖的区域分成F区、G区、FG1区和FG2区，而圆D和圆E相交的区域FG0加样模块50无法到达；另外，FG1区和FG2区，旋转悬臂30在直线导轨11上的两个位置可以使加样模块50到达该FG1区和FG2区。

在其它实施例中，若直线导轨11的长度大于或等于旋转臂31上的两倍时，由于上述圆D和圆E无交集，则该旋转式加样装置100可以覆盖完整的腰形区域，则圆D与圆E两条切线与圆D和圆E间覆盖的区域，旋转悬臂30均可以在直线导轨11上的两个位置使加样模块50到达。

请参阅图3、图4、图6和图7，加样模块的TIP头位于初始点，以此时旋转悬臂30处于直线导轨11的位置为原点，建立平面坐标系，以直线导轨11为X轴，以垂直于直线导轨11的方向为Y轴；为了方便描述，定义：使加样模块的TIP头由初始点到达指定点时，旋转悬臂30沿X轴移动的运动步数S_X和旋转臂31的转动步数S_R组合为TIP头由初始点到达该指定点的运动坐标(S_X，S_R)；而该指定点在该平面坐标系中的位置(x，y)为该指定点的直角坐标。如图6所示，初始位置时，加样模块50的TIP头51处于H点，指定点为K点，当TIP头51由H点移动到K点时，旋转臂31移动到JK位置，J为X轴上的点，旋转悬臂30沿X轴移动的距离为L，L＝S_X*L_S，S_X为旋转悬臂30沿X轴移动的运动步数，L_S为旋转悬臂30在直线导轨11上每步走过的距离；旋转臂31从OH转动到JK位置时，转动的角度θ，θ＝S_R*A_R，S_R为旋转臂31从OH转动到JK位置时旋转步数，A_R为旋转臂31每步转过的旋转角度；则K点的运动坐标为K(S_X，S_R)。

本发明实施例还公开了一种如上所述的旋转式加样装置100的加样方法，包括如下步骤：

初始化S1：使所述旋转悬臂30处于所述直线导轨11的原点位置，使所述加样模块50处于初始位置，同时建立平面坐标系，以所述原点位置为坐标系原点O，以所述直线导轨11为X轴，以垂直于所述直线导轨11的方向为Y轴，并确定所述旋转臂31的长度L_R以及所述旋转臂31与X轴之间初始角度θ₀；

关键点选取S4：在取样区域中选定m行*n列的矩形区域，并在该矩形区域中选取A、B、C三个坐标点，其中A点为所述矩形区域的第1行第1列对应的点，B点为所述矩形区域的第1行第n列对应的点，C点为所述矩形区域的第m行第n列对应的点；

计算关键点的直角坐标S5：使加样模块的Tip头对准A点，并记录A点的运动坐标，以计算A点的直角坐标；使加样模块的Tip头对准B点，并记录B点的运动坐标，以计算B点的直角坐标；使加样模块的Tip头对准C点，并记录C点的运动坐标，以计算C点的直角坐标；

计算目标点的直角坐标S6：根据上述A、B、C点的直角坐标，确定所述矩形区域中第a行第b列对应的目标点的直角坐标；

计算目标点的运动坐标S7：根据所述目标点的直角坐标，计算所述目标点的运动坐标；

移动加样模块S8：根据上述目标点的运动坐标，移动所述旋转悬臂和所述旋转臂，使所述加样模块的Tip头对准目标点。

上述计算关键点的直角坐标S5具体地说明：使加样模块50的TIP头51对准A点，并记录所述旋转悬臂30沿X轴移动的运动步数S_XA和所述旋转臂31的转动步数S_RA，即记录A点的运动坐标A(S_XA，S_RA)，以计算A点的直角坐标A(x1，y1)；使加样模块50的TIP头51对准B点，并记录所述旋转悬臂30沿X轴移动的运动步数S_XB和所述旋转臂31的转动步数S_RB，即记录B点的运动坐标B(S_XB，S_RB)，以计算B点的直角坐标B(x2，y2)；使加样模块50的TIP头51对准C点，并记录所述旋转悬臂30沿X轴移动的运动步数S_XC和所述旋转臂31的转动步数S_RC，即记录C点的运动坐标C(S_XC，S_RC)，以计算C点的直角坐标C(x3，y3)。

上述计算目标点的直角坐标S6具体地说明：根据上述A、B、C点的直角坐标，确定所述矩形区域中第a行第b列对应的目标点T的直角坐标T(x，y)。

上述计算目标点的运动坐标S7具体地说明：根据所述目标点T的直角坐标T(x，y)，计算所述TIP头51对准该目标点T时，所述旋转悬臂30沿X轴移动的运动步数S_XT和所述旋转臂31的转动步数S_RT，以确定目标点T的运动坐标T(S_XT，S_RT)。

上述移动加样模块S8具体地说明：根据上述运动步数S_XT和转动步数S_RT，移动所述旋转悬臂30和所述旋转臂31，使所述加样模块50的TIP头51对准目标点T。

通过初始化S1步骤，将旋转悬臂30置于原点O，并将旋转臂31置于初始位置，以直线导轨11为X轴建立直角坐标系；旋转悬臂30在直线导轨11上的初始位置和旋转臂31与直线导轨11间的初始角度θ₀可以在该旋转式加样装置100安装时，直接确定。

进一步地，上述移动加样模块S8步骤之后，还包括如下步骤：确定下一目标点，重复上述计算目标点的直角坐标S6至上述移动加样模块S8。以便持续取样、加样。

由于取样点为单个离散的点，因而旋转悬臂30在直线导轨11上移动时，可以将其移动的距离分成若干步，则移动的运动步数乘以每步的距离等于旋转悬臂30在直线导轨11上移动的距离；同理，旋转臂31转动的转动步数乘以每步的角度等于旋转臂31转动的角度。

如图6所示，初始位置时，加样模块50的TIP头51处于H点，OH表示旋转臂31，当旋转臂31移动到JK位置，J为X轴上的点，K为TIP头51对准的点，则旋转悬臂30沿X轴移动的距离为L，L＝S_X*L_S，S_X为旋转悬臂30沿X轴移动的运动步数，L_S为旋转悬臂30在直线导轨11上每步走过的距离；旋转臂31从OH转动到JK位置时，转动的角度θ，θ＝S_R*A_R，S_R为旋转臂31从OH转动到JK位置时旋转步数，A_R为旋转臂31每步转过的旋转角度。

当然，在其它实施例中，也可以直接记录旋转悬臂30沿X轴移动的距离L以及旋转臂31从OH转动到JK位置的旋转角度θ。则根据数学变换可以计算出K点的直角坐标K(x_K，y_K)。具体K点的直角坐标满足如下公式：

θ_K＝θ₀+θ＝θ₀+S_R*A_R；

x_K＝L+L_R*cosθ_K＝S_X*L_S+L_R*cos(θ₀+S_R*A_R)；

y_K＝L_R*sinθ_K＝L_R*sin(θ₀+S_R*A_R)；

其中θ_K为JK与X轴的夹角。

同理，当知道K点的直角坐标K(x_K，y_K)时，也可以反向计算出TIP头51移动从K点的运动坐标(S_X，S_R)；具体K点的运动坐标满足如下公式：

S_R＝θ/A_R＝(θ_K-θ₀)/A_R＝[arcsin(y_K/L_R)-θ₀]/A_R；

S_X＝[x_K-L_R*cos(θ₀+S_R*A_R)]/L_S。

在取样区域中选定n行*m列的矩形区域中如上A、B、C三点，并使加样模块50的TIP头51分别对准A、B、C三点，并分别记录加样模块50从初始位置到达A、B、C三点的运动坐标A(S_XA，S_RA)、B(S_XB，S_RB)、C(S_XC，S_RC)；则由TIP头51由初始位置到各点的运动坐标，可以直接得出TIP头51到达各点时，旋转悬臂30从原点O移动的距离及旋转臂31与X轴的角度，进而可以直接计算出A、B、C三点的直角坐标A(x1，y1)、B(x2，y2)、C(x3，y3)。

因而，进一步地，根据运动坐标A(S_XA，S_RA)计算出直角坐标A(x1，y1)可以采用如下公式：

x1＝S_XA*L_S+L_R*cos(θ₀+S_RA*A_R)；

y1＝L_R*sin(θ₀+S_RA*A_R)。

同理，根据运动坐标B(S_XB，S_RB)计算出直角坐标B(x2，y2)可以采用如下公式：

x2＝S_XB*L_S+L_R*cos(θ₀+S_RB*A_R)；

y2＝L_R*sin(θ₀+S_RB*A_R)。

同理，根据运动坐标C(S_XC，S_RC)计算出直角坐标C(x3，y3)可以采用如下公式：

x3＝S_XC*L_S+L_R*cos(θ₀+S_RC*A_R)；

y3＝L_R*sin(θ₀+S_RC*A_R)。

由于A点为所述矩形区域的第1行第1列对应的点，B点为所述矩形区域的第1行第n列对应的点，C点为所述矩形区域的第m行第1列对应的点；则矩形区域中第a行b列对应的目标点T的T(x，y)可以根据A、B、C三点的直角坐标直接计算出。

具体地，T(x，y)满足如下公式：

x＝(x1-x2)/n*b+(x3-x2)/m*a；

y＝(y1-y2)/n*b+(y3-y2)/m*a。

然而可以根据T(x，y)计算出T点的运动坐标T(S_XT，S_RT)，进而可以根据该运动坐标T(S_XT，S_RT)移动加样模块50到达目标点T。

进一步地，T点的运动坐标T(S_XT，S_RT)满足如下公式：

S_RT＝[arcsin(y/L_R)-θ₀]/A_R；

S_XT＝[x-L_R*cos(θ₀+S_RT*A_R)]/L_S。

该加样方法移动速度快，可以使加样模块50的TIP头51直接移动到目标点，无需对目标点进行测量与定位，控制更为方便智能。

进一步地，所述初始化S1步骤之后于所述关键点校准S4步骤之前还包括以下步骤：

参考点校准S2：在取样区域中选定参考点P，且该参考点P需满足使所述旋转悬臂30可从所述X轴上R点、Q点两个位置使TIP头51对准P点，且R点到O点的距离小于Q点到O点的距离；使所述旋转悬臂30到达R点，且使所述TIP头51对准P点，并记录所述旋转悬臂30由O点移动到R点运动步数S_XR及旋转臂31的转动步数S_RR；使所述旋转悬臂30到达Q点，且使所述TIP头51对准P点，并记录所述旋转悬臂30由O点移动到Q点运动步数S_XQ及旋转臂31的转动步数S_RQ；

计算夹角及臂长S3：根据上述运动步数S_XR与转动步数S_RR，上述运动步数S_XQ与转动步数S_RQ，计算上述初始角度θ₀与臂长L_R。

通过设置参考点P，该参考点P需满足使所述旋转悬臂30可从所述X轴上R点、Q点两个位置使TIP头51对准P点，如使参考点P处于选取FG1区中。当旋转悬臂30从X轴上R点使TIP头51对准P点时，旋转臂31处于RP位置；旋转悬臂30从X轴上Q点使TIP头51对准P点时，旋转臂31处于QP位置，从而可以建立三角形△PQR。R点到O点的距离为OR；Q点到O点的距离为OQ；则OR＝S_XR*L_S，OQ＝S_XQ*L_S。从而可以根据数学变换可以直接计算出初始角度θ₀与臂长L_R，进而无需直接测定旋转臂31处于初始位置时的角度和旋转臂31的臂长，进而使该加样方法可以更为智能，使用更为方便。

进一步地，在上述坐标系建议中，旋转臂31初始位置时处于OH位置，TIP头51处于H点。RP与X轴的夹角为θ₁，旋转臂31从OH位置转动到RP位置时转动的角度为θ_1P；QP与X轴的夹角为θ₂，旋转臂31从OH位置转动到QP位置时转动的角度为θ_2P；则θ₁和θ₂满足如下公式：

θ₁＝0.5*(π-θ_1P+θ_2P)；

θ₂＝0.5*(π+θ_1P-θ_2P)；

θ₀＝θ₁+θ_1P；

其中π为圆周率。

根据数学变换可以计算出RQ间的距离L_P，L_P＝OQ-OR＝(S_XR-S_XQ)*L_S；进而旋转臂31的长度L_R＝(L_P/2)/(cosθ₁)。

该加样方法无需测定旋转臂31的长度与初始角度，也无需确定目标点的具体坐标位置，即可以直接计算出，并将加样模块50的TIP头51移动到目标点，控制方便，速度快，也更为智能；同时可以使该加样方法应用于任一具有直线与旋转运动方式的加样装置中，并且可以直接计算出旋转臂31的长度与初始角度，可以保证取样的精确度，同时无需确定旋转臂31的长度与初始角度，可以避免安装、调试时的误差。

实施例二：

请参阅图8和图9，本实施例的旋转式加样装置100与实施例一的旋转式加样装置的区别为：

本实施例中，直线驱动机构20包括驱动电机21、主动轮22、从动轮23和第一传送带25，第一传送带25与滑块12相连，驱动电机21与直线导轨11固定相连。主动轮22与驱动电机21相连，从动轮23安装于直线导轨11远离主动轮22的一端，第一传送带25连接从动轮23与主动轮22，通过从动轮23与主动轮22来支撑住第一传送带25，驱动电机21驱动主动轮22转动，并带动第一传送带25移动，而第一传送带25与滑块12相连，进而可以带动滑块12在直线导轨11上移动。使用第一传送带25结构简单、成本低、加工与安装方便。

进一步地，位置感应片位于第一安装块42的下方，位置感应器131位于直线导轨11的一端。以方便安装，同时便于确定初始化位置。

进一步地，直线滑台10还包括支撑底板14的支撑柱15，设置支撑柱15，以方便支撑直线导轨11，并且方便运输与安装。

进一步地，底板14的两端分别支撑有支撑柱15，以稳定支撑底板14，进而稳定支撑直线导轨11。

进一步地，靠近驱动电机21的一个支撑柱15上安装有支撑座16，驱动电机21固定在该支撑座16上。

进一步地，本实施例中，长条段312的两侧分别设置有凸耳34，以便在安装加样模块50上时，两个凸耳16可以更稳定地支撑住加样模块50，同时提升强度与稳定性。

进一步地，本实施例中，长条段312上安装有支撑住加样模块50的脊撑35以更稳定支撑住加样模块50。

本申请的旋转式加样装置100的其它结构与实施例一的旋转式加样装置100的其它结构相同，在此不再赘述。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种旋转式加样装置，其特征在于，包括直线滑台、用于加样的加样模块和支撑所述加样模块的旋转悬臂，所述直线滑台包括直线导轨、滑动安装于所述直线导轨上的滑块和驱动所述滑块于所述直线导轨上移动的直线驱动机构；所述旋转悬臂包括用于支撑所述加样模块的旋转臂和驱动所述旋转臂转动的旋转驱动机构，所述旋转驱动机构安装于所述滑块上，所述旋转式加样装置还用于：初始化：使所述旋转悬臂处于所述直线导轨的原点位置，使所述加样模块处于初始位置；关键点选取：在取样区域中选取多个坐标点作为关键点；计算关键点的直角坐标，根据关键点的直角坐标计算目标点的直角坐标，根据目标点的直角坐标，计算目标点的运动坐标，根据目标点的运动坐标，移动所述旋转悬臂和所述旋转臂，使所述加样模块的对准目标点。

2.如权利要求1所述的旋转式加样装置，其特征在于，所述旋转驱动机构包括用于驱动所述旋转臂转动的旋转平台和支撑所述旋转平台的第一安装块，所述第一安装块安装于所述滑块上，所述旋转臂安装于所述旋转平台上。

3.如权利要求2所述的旋转式加样装置，其特征在于，所述旋转平台上安装有用于确定所述旋转臂初始角度位置的角度感应组件。

4.如权利要求2所述的旋转式加样装置，其特征在于，所述旋转臂包括配合安装于旋转驱动机构的圆盘段、长条段和连接圆盘段与长条段的过渡段，加样模块安装于长条段上。

5.如权利要求4所述的旋转式加样装置，其特征在于，所述长条段的两侧分别设置有用于定位并止挡所述加样模块两侧的凸耳。

6.如权利要求1-5任一项所述的旋转式加样装置，其特征在于，所述滑块位于所述直线导轨的上方，所述旋转驱动机构设于所述滑块的上方。

7.如权利要求1-5任一项所述的旋转式加样装置，其特征在于，还包括用于确定所述旋转臂于所述直线导轨上的初始位置的位置感应组件。

8.如权利要求7所述的旋转式加样装置，其特征在于，所述位置感应组件包括随所述旋转臂移动的位置感应片和用于所述位置感应片位置的位置感应器，所述位置感应片与所述滑块固定相连，所述位置感应器安装于所述直线导轨上。

9.一种如权利要求1所述的旋转式加样装置的加样方法，其特征在于，包括如下步骤：

计算目标点的直角坐标：根据上述A、B、C点的直角坐标，确定所述矩形区域中第a行第b列对应的目标点的直角坐标；

10.如权利要求9所述的加样方法，其特征在于，所述初始化步骤之后于所述关键点校准步骤之前还包括以下步骤：

参考点校准：在取样区域中选定参考点P，且该参考点P需满足使所述旋转悬臂可从所述X轴上R点、Q点两个位置使Tip头对准P点，且R点到O点的距离小于Q点到O点的距离；使所述旋转臂由R点指向P点，并记录此时的运动坐标(S_XR，S_RR)；使所述旋转臂由Q点指向P点，并记录此时的运动坐标(S_XQ，S_RQ)；

计算夹角及臂长：根据上述运动坐标(S_XR，S_RR)和运动坐标(S_XQ，S_RQ)经数学变换计算上述初始角度θ₀与臂长L_R。