CN110065083A - 一种全自动移液器操纵机械手 - Google Patents

Abstract

一种全自动移液器操纵机械手，它涉及生物医疗器械技术领域。本发明为解决现有移液器需要人工进行按压移液，移液精度低，同时容易产生作业疲劳的问题。本发明包括安装架、控制器、按压机构和夹爪机构，按压机构设置在安装架的上端，按压机构包括电机固定盒、压力传感器触发片、压杆、丝杆电机、直线导轨和压力传感器，丝杆电机沿竖直方向向下设置，丝杆电机的输出端与压杆的中部固接，压杆前端的下端面上设有压力传感器触发片，直线导轨沿竖直方向固接在安装架上，压杆的后端与直线导轨滑动连接，压力传感器触发片的压力信号传递给压力传感器，压力传感器和丝杆电机分别与控制器连接，夹爪机构水平设置在安装架的下端。本发明用于移液器操纵。

Description

一种全自动移液器操纵机械手

技术领域

本发明涉及生物医疗器械技术领域，具体涉及一种全自动移液器操纵机械手。

背景技术

移液操作广泛应用于工厂、医院以及生化、细胞等生物实验室，其关键是实现液体精确、快速的进行采集和转移。移液枪是实现移液操作最广泛的装置之一，用于实现液体在容器间的转移，输送等动作，现代移液通常是用移液管进行吸取的，但是该装置不能实现液体体积精确提取，操作速度也很慢，而且容易将液体吸入口腔有碍于操作人员的健康和卫生。

在这基础上人们又发明了自动定量移液管，这种移液装置消灭了操作过程中用口吸，可以定量的控制容积，具有精度高、制作容易和便于推广的特点。但是移液是一项精准、费力的工作，需要工作人员高度集中注意力，而且据统计，一名技术人员每天至少要做500次以上的按压动作，即使是用最好的移液器，也容易引起手部、背部和肩膀的疲劳和病变。因此研发一种能自动精准移液，节省时间同时减少对工作人员伤害的自动移液装置就很重要了。

发明内容

本发明为了解决现有移液器需要人工进行按压移液，移液精度低，同时容易产生作业疲劳的问题，进而提出一种全自动移液器操纵机械手。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：

一种全自动移液器操纵机械手包括安装架、控制器、按压机构和夹爪机构，按压机构设置在安装架的上端，按压机构包括电机固定盒、压力传感器触发片、压杆、丝杆电机、直线导轨和压力传感器，丝杆电机沿竖直方向向下设置，丝杆电机通过电机固定盒与安装架的上端固接，压杆水平设置，丝杆电机的输出端与压杆的中部固接，压杆前端的下端面上设有压力传感器触发片，压力传感器设置在安装架上，直线导轨沿竖直方向固接在安装架上，压杆的后端与直线导轨滑动连接，压力传感器触发片的压力信号传递给压力传感器，压力传感器和丝杆电机分别与控制器连接，夹爪机构水平设置在安装架的下端。

本发明与现有技术相比包含的有益效果是：

1、本发明提供了一种自动移液操作机械手。本发明主要应用于自动移液机器人系统中，为其提供可以自动抓取移液枪，实现定量转移液体的操纵机械手。

2、本发明采用普通的移液器，利用丝杆电机和压杆可以实现自动吸取和排出液体，有效避免了人工移液的各种弊端，一方面由机器代替收工可以避免出现作业疲劳，另一方面通过压力传感器进行精准控制，移液准确率可提高到99％，大大增加了移液工作的精确性。

3、本发明能够代替人手工作连续并且快速的实现移液工作，减少人工参与整个实验过程，将操作人员从大量的重复操作中解放出来，减少了实验时间，提高了移液过程工作效率。

4、本发明采用了机械齿轮带动夹板工作，通过直流电机的运动控制，可以实现对移液器快速、精准的夹取和释放，节约了工作时间。

5、本发明采用高精度压力传感器实现压力反馈，通过闭环控制丝杆电机可以实现液体的完全排除，规避了传统移液器液体吸入口腔的风险。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明中按压机构的结构示意图；

图3是本发明中夹爪机构中去掉一个夹爪固定板9后的结构示意图；

图4是本发明中丝杆电机4的结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1至图4说明本实施方式，本实施方式所述一种全自动移液器操纵机械手包括安装架13、控制器、按压机构和夹爪机构，按压机构设置在安装架13的上端，按压机构包括电机固定盒1、压力传感器触发片2、压杆3、丝杆电机4、直线导轨10和压力传感器12，丝杆电机4沿竖直方向向下设置，丝杆电机4通过电机固定盒1与安装架13的上端固接，压杆3水平设置，丝杆电机4的输出端与压杆3的中部固接，压杆3前端的下端面上设有压力传感器触发片2，压力传感器12设置在安装架13上，直线导轨10沿竖直方向固接在安装架13上，压杆3的后端与直线导轨10滑动连接，压力传感器触发片2的压力信号传递给压力传感器12，压力传感器12和丝杆电机4分别与控制器连接，夹爪机构水平设置在安装架13的下端。

本实施方式中，丝杆电机4通过电机固定盒1安装在安装架13上，在丝杆电机4上装有压杆3，压杆3与移液器5接触面装有压力传感器触发片2，压力传感器触发片2的压力信号传递给压力传感器12，压力传感器12安装于安装架13上面压力传感器12将信号传递给控制器，控制器控制丝杆电机4的转动，进而实现丝杆电机4的上下运动，带动安装在上面的压杆3也实现上下运动，压力传感器触发片2安装在压杆3上，当丝杆电机4带动压杆3上下动作时，实现吸液与排液操作，此时压力传感器触片2与移液器5上端接触，压力传感器触发片2可以感知力的大小，传回给工控机控制器，可以控制丝杆电机4是否继续进行运动从而实现精确高效的实现移液操作，从而实现液体自动吸取和排出液体。

具体实施方式二：结合图1、图2和图4说明本实施方式，本实施方式所述丝杆电机4包括电机体4-1和丝杆组件，丝杆组件包括丝杆4-2和套接在丝杆外侧的滑块4-3，点电机体4-1与丝杆4-2连接，压杆3与滑块4-3固接。其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：结合图1和图3说明本实施方式，本实施方式所述夹爪机构包括直流电机11、主动齿轮14、两个夹板6、两个从动齿轮8、两个夹爪固定板9和两个连杆机构，两个夹爪固定板9水平相对设置在安装架13的下端，直流电机11的输出端与主动齿轮14固接，主动齿轮14水平设置在两个夹爪固定板9之间，两个从动齿轮8水平并列设置，从动齿轮8的回转轴与夹爪固定板9转动连接，两个从动齿轮8相啮合，主动齿轮14与其中一个从动齿轮8相啮合，每个从动齿轮8上分别设有一个连杆机构，两个连杆机构对称设置，每个连杆机构的前端分别设有夹板6，两个夹板6相对设置，直流电机11与控制器连接。其它组成和连接方式与具体实施方式一或二相同。

本实施方式中，直流电机11带动主动齿轮14回转，进而带动两个从动齿轮8回转，从动齿轮8将动力通过连杆机构传递给夹板6，进而实现两个夹板6的开合，完成对移液器5的抓取和释放。塑料外壳13通过机械手抓固定板10。

具体实施方式四：结合图1和图3说明本实施方式，本实施方式所述连杆机构包括夹臂7、两个支杆15、两个连杆16和两个销轴17，夹臂7设置在从动齿轮8的外侧，从动齿轮8的上下两端分别各设有一个连杆16，连杆16的一端与从动齿轮8的回转轴固接，连杆16的另一端与夹臂7的后端转动连接，从动齿轮8的前侧设有销轴17，销轴17与夹爪固定板9垂直固接，销轴17与夹臂7之间并列设有两个支杆15，支杆15的一端与销轴17转动连接，支杆15的另一端与夹臂7的中部转动连接，夹板6的外侧壁与夹臂7的前端转动连接。其它组成和连接方式与具体实施方式三相同。

具体实施方式五：结合图1和图3说明本实施方式，本实施方式所述主动齿轮14和从动齿轮8均为直齿轮。其它组成和连接方式与具体实施方式四相同。

具体实施方式六：结合图3说明本实施方式，本实施方式所述夹板6的内侧壁设有凹面6-1。其它组成和连接方式与具体实施方式一、二、四或五相同。如此设计便于实现对移液器5的抓取。

具体实施方式七：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述安装架13下端的外侧水平固接有固定板18。其它组成和连接方式与具体实施方式六相同。如此设计通过固定板18将机械手安装在六自由度机械臂上面

具体实施方式八：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述安装架13为塑料外壳架体。其它组成和连接方式与具体实施方式七相同。

工作原理

本机械手主要安装于六自由度机械臂上面，与相应的工控机和视觉检测系统协同作用，自动完成整个移液过程。

第一步：设置机器人。首先我们要通过上位机设置移液机器人的参数，其次我们要对移液器进行操作设置移液液体体积。

第二步：定位夹取移液器。在机器人视觉系统的支持下，六自由度机械臂带动本机械手运动至移液器位置；工控机控制直流电机11动作，直流电机11带动齿轮传送结构运动实现夹板6的开合来抓取移液器5，视觉系统与机械抓手二者协同作用共同完成移液器5抓取操作。

第二步：吸液。在抓取移液器之后，通过自由度机械臂带动本机械手到达目标液体容器并且控制机械手动作使得移液器5刚好浸入目标液体中。丝杆电机4在工控机控制下带动压杆3开始动作，通过简单的按压动作来实现目标液体的吸取过程，当吸取完液体后结束按压，六自由度机器人控制机械手向上运动使移液器脱离目标液体容器。

第三步：移液。在完成吸液操作后，通过六自由度机械臂带动本机械手移动到目标容器中，在此时重新控制丝杆电机4动作挤压移液器5从而实现液体的快速排除，在这过程中压力传感器触发片2可以感应压力，通过压力传感器12传回给工控机，通过闭环控制丝杆电机4可以调整压力大小，最终实现液体的完全排出，解决了传统移液器液体吸入口腔的风险。完成移液操作后六自由度机器人控制机械手向上运动使移液器5脱离目标容器。

第四步：释放移液器。通过视觉系统实现定位功能，六自由度机械臂带动本机械手运动至原来的夹取移液器5位置；工控机控制直流电机11动作，直流电机11带动齿轮传送结构运动实现夹板的打开来释放移液器5，完成整个自动移液过程。

虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。

Claims (8)

1.一种全自动移液器操纵机械手，其特征在于：所述一种全自动移液器操纵机械手包括安装架(13)、控制器、按压机构和夹爪机构，按压机构设置在安装架(13)的上端，按压机构包括电机固定盒(1)、压力传感器触发片(2)、压杆(3)、丝杆电机(4)、直线导轨(10)和压力传感器(12)，丝杆电机(4)沿竖直方向向下设置，丝杆电机(4)通过电机固定盒(1)与安装架(13)的上端固接，压杆(3)水平设置，丝杆电机(4)的输出端与压杆(3)的中部固接，压杆(3)前端的下端面上设有压力传感器触发片(2)，压力传感器(12)设置在安装架(13)上，直线导轨(10)沿竖直方向固接在安装架(13)上，压杆(3)的后端与直线导轨(10)滑动连接，压力传感器触发片(2)的压力信号传递给压力传感器(12)，压力传感器(12)和丝杆电机(4)分别与控制器连接，夹爪机构水平设置在安装架(13)的下端。

2.根据权利要求1所述一种全自动移液器操纵机械手，其特征在于：所述丝杆电机(4)包括电机体(4-1)和丝杆组件，丝杆组件包括丝杆(4-2)和套接在丝杆外侧的滑块(4-3)，电机体(4-1)与丝杆(4-2)连接，压杆(3)与滑块(4-3)固接。

3.根据权利要求1或2所述一种全自动移液器操纵机械手，其特征在于：所述夹爪机构包括直流电机(11)、主动齿轮(14)、两个夹板(6)、两个从动齿轮(8)、两个夹爪固定板(9)和两个连杆机构，两个夹爪固定板(9)水平相对设置在安装架(13)的下端，直流电机(11)的输出端与主动齿轮(14)固接，主动齿轮(14)水平设置在两个夹爪固定板(9)之间，两个从动齿轮(8)水平并列设置，从动齿轮(8)的回转轴与夹爪固定板(9)转动连接，两个从动齿轮(8)相啮合，主动齿轮(14)与其中一个从动齿轮(8)相啮合，每个从动齿轮(8)上分别设有一个连杆机构，两个连杆机构对称设置，每个连杆机构的前端分别设有夹板(6)，两个夹板(6)相对设置，直流电机(11)与控制器连接。

4.根据权利要求3所述一种全自动移液器操纵机械手，其特征在于：所述连杆机构包括夹臂(7)、两个支杆(15)、两个连杆(16)和两个销轴(17)，夹臂(7)设置在从动齿轮(8)的外侧，从动齿轮(8)的上下两端分别各设有一个连杆(16)，连杆(16)的一端与从动齿轮(8)的回转轴固接，连杆(16)的另一端与夹臂(7)的后端转动连接，从动齿轮(8)的前侧设有销轴(17)，销轴(17)与夹爪固定板(9)垂直固接，销轴(17)与夹臂(7)之间并列设有两个支杆(15)，支杆(15)的一端与销轴(17)转动连接，支杆(15)的另一端与夹臂(7)的中部转动连接，夹板(6)的外侧壁与夹臂(7)的前端转动连接。

5.根据权利要求4所述一种全自动移液器操纵机械手，其特征在于：所述主动齿轮(14)和从动齿轮(8)均为直齿轮。

6.根据权利要求1、2、4或5所述一种全自动移液器操纵机械手，其特征在于：所述夹板(6)的内侧壁设有凹面(6-1)。

7.根据权利要求6所述一种全自动移液器操纵机械手，其特征在于：所述安装架(13)下端的外侧水平固接有固定板(18)。

8.根据权利要求7所述一种全自动移液器操纵机械手，其特征在于：所述安装架(13)为塑料外壳架体。