CN111254067A - 一种生物芯片的装夹定位装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种生物芯片的装夹定位装置，包括：机械手，机械手包括延长臂、旋转头和芯片夹；距离传感器，距离传感器具有至少两个，安装在旋转头安装芯片夹的一端的不同位置；触动器，触动器安装在延长臂上，触动器的驱动端与旋转头连接；多维移动机构，多维移动机构具有可多维活动的移动端，延长臂远离旋转头的一端安装在多维移动机构的移动端上。由于在旋转头安装有至少两个距离传感器，并且在延长臂安装在多维移动机构上，触动器可驱动旋转头旋转至与芯片承放平台平行，多维移动机构可驱动旋转头平移，从而本装夹定位装置可实现生物芯片的角度及位置精准定位，应用灵活，小型化、轻量化，功能适应性强。

Description

一种生物芯片的装夹定位装置

技术领域

本申请涉及基因测序技术领域，具体涉及一种生物芯片的装夹定位装置。

背景技术

基因测序过程中，需要将装有样本的生物芯片转移到成像系统的芯片承放平台上，对芯片进行拍照测序。

为了实现精确的拍照测序，需要将生物芯片与芯片承放平台对齐放置，故需要对芯片的放置方向进行定位。

目前很多角度及位置对准机构依靠旋转台及成像系统完成，想到达精密的定位效果则反馈复杂，成本高，低成本系统则响应速度慢、精度低，在性价比方面不能维持良好的平衡。类似此类很多工件安装角度对准的机构中，应用直接定位，无法对工件的角度等姿态进行对准情况直观检测实现实时调整功能，只能通过后期的结果做出判断，导致很多精确定位失败，给设备整体的性能带来很大的滞后效应，尤为被动。

发明内容

本申请提供一种成本低、定位准确和定位效率高的生物芯片的装夹定位装置。

一种实施例中提供一种生物芯片的装夹定位装置，包括：

机械手，机械手包括延长臂、旋转头和芯片夹，旋转头的一端可旋转的安装在延长臂的一端，芯片夹固定在旋转头的另一端，芯片夹用于装夹生物芯片；

距离传感器，距离传感器具有至少两个，安装在旋转头安装芯片夹的一端，两个距离传感器分别用于检测旋转头一端的不同位置与芯片承放平台之间的距离，并分别生成相应的距离信号；

触动器，触动器安装在延长臂上，触动器的驱动端与旋转头连接，用于驱动旋转头转动；

多维移动机构，多维移动机构具有可多维活动的移动端，延长臂远离旋转头的一端安装在多维移动机构的移动端上。

进一步地，还包括处理器，处理器与距离传感器、触动器和多维移动机构信号连接，处理器用于获取距离传感器生成的距离信号，根据距离信号计算出触动器的微调线量和多维移动机构的平移补偿量，控制触动器和多维移动机构驱动旋转头移动至与芯片承放平台平行。

进一步地，传感器具有两个，对称安装在旋转头安装芯片夹的一端两侧，处理器根据下式计算出触动器的微调线量ΔD：

根据下式计算出多维移动机构的平移补偿量G：

上述两式中，L₁、L₂分别为两个距离传感器测量的距离，M为两个距离传感器之间的间距，N为触动器的驱动端与延长臂长度方向的中心线之间的间距。

进一步地，旋转头通过转轴可旋转的安装在延长臂上，并且转轴位于旋转头和延长臂的中心线上。

进一步地，触动器具有直线移动的输出端，触动器的输出端的直线移动轨迹与延长臂臂长方向的中心线平行，并且间隔有一定间距，触动器的输出轴与旋转头为接触连接；旋转头靠近延长臂的一端两侧通过对称的两个弹簧与延长臂连接。

进一步地，触动器具有直线移动的输出端，触动器的输出端的直线移动轨迹与延长臂臂长方向的中心线平行，并且间隔有一定间距，触动器的输出轴与旋转头铰接。

进一步地，触动器具有直线移动的输出端，触动器具有两个，两个触动器对称安装在延长臂的上，两个触动器的输出端的直线移动轨迹与延长臂臂长方向的中心线平行，并且间隔有一定间距。

进一步地，触动器为直线电机。

进一步地，触动器包括电机、涡轮和蜗杆，电机的输出轴与涡轮连接，涡轮和蜗杆连接，蜗杆的一端为触动器的输出端。

进一步地，距离传感器为光学传感器或超声波传感器。

依据上述实施例的装夹定位装置，由于在旋转头的一端两侧安装有至少两个距离传感器，可通过至少两个距离传感器测量出旋转头一端两侧相对芯片承放平台的距离差，也就测量出了芯片夹上生物芯片与芯片承放平台的倾斜角度，并且在延长臂安装在多维移动机构上，延长臂上安装有与旋转头连接触动器，触动器可驱动旋转头旋转至与芯片承放平台平行，多维移动机构可驱动旋转头平移，从而本装夹定位装置通过设置距离传感器、触动器和多维移动机构可实现生物芯片的角度及位置精准定位，应用灵活，小型化、轻量化，功能适应性强，。

附图说明

图1为一种实施例中装夹定位装置的结构示意图；

图2为一种实施例中装夹定位装置的控制部分的结构框图；

图3为一种实施例中装夹定位装置的角度对准示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。

一种实施例中，提供了一种生物芯片的装夹定位装置，本装夹定位装置主要起装夹和定位的作用，将生物芯片定位拾取到芯片承放平台上。

如图1所示，本实施例的装夹定位装置主要包括机械手10、距离传感器20、触动器30和多维移动机构40，机械手10包括延长臂11、旋转头12和芯片夹13，延长臂11、旋转头12和芯片夹13串联连接，旋转头12的一端通过转轴14可旋转的安装在延长臂11的一端，芯片夹13固定安装在旋转头12的另一端，并且延长臂11、旋转头12和芯片夹13沿着延长臂11的长度方向的中心线对齐设置，延长臂11和旋转头12之间连接的转轴14设置在该中心线上。芯片夹13用于装夹生物芯片70。

距离传感器20为光学传感器或超声波传感器，距离传感器20具有两个，对称安装在旋转头12安装芯片夹13的一端的两侧，为了安装两个距离传感器20，旋转头12比芯片夹13宽。两个距离传感器20用于测量旋转头12一端两侧分别到芯片承放平台60的距离。距离传感器20也可设置为三个或更多，并且设置在芯片夹13的一端的不同位置，并且呈直线排列，可通过多个距离传感器20的求平均值测量，缩小测量误差。

触动器30安装在延长臂11上，并靠近旋转头12设置，触动器30具有直线移动的输出端，该输出端与旋转头12连接，触动器30用于驱动旋转头12围绕转轴14转动，从而驱动芯片夹13上生物芯片70的对准。

本实施例中，触动器30为直线电机，直线电机具有直线移动的输出端，直线电机的输出端的直线移动轨迹与延长臂11长度方向的中心线平行，即直线电机的输出轴与延长臂11长度方向的中心线平行。直线电机具有一个，安装在延长臂11的一侧，直线电机与延长臂11长度方向的中心线之间具有预算的间距。

本实施例中，一个直线电机的输出端与旋转头12为接触连接，为了使得旋转头12旋转后，能回复到原始位置，在旋转头12靠近延长臂11的一端两侧通过对称的两个弹簧15与延长臂11连接，从而旋转头12被触动器30驱动后，能够通过两个弹簧15回复。

在其他实施例中，可将一个直线电机的输出端与旋转头12的连接方式设置为铰接，从而直线电机可通过伸缩驱动旋转头12的来回摆动，可省略弹簧的设置。

在其他实施例中，也可设置两个直线电机，两个直线电机对称设置在延长臂11的两侧，两个直线电机的输出轴分别与延长臂11长度方向的中心线平行，并且具有一定的间距。通过两个直线电机的伸缩驱动旋转头12的来回摆动，也可不用设置弹簧。

在其他实施例中，触动器30可采用其他结构代替直线电机，例如触动器30包括电机、涡轮和蜗杆，电机的输出轴和涡轮连接，涡轮与蜗杆连接，蜗杆的一端为输出端与旋转头12连接，该触动器30将电机的旋转运动变为直线运动，同样可实现对驱动旋转头12的摆动。

本实施例中，多维移动机构40包括驱动组件和移动端，移动端安装在驱动组件上，驱动组件可驱动移动端的空间移动。驱动组件包括水平和垂直的驱动电机和移动结构，与现有的空间移动机构相似，在此不再赘述。延长臂11远离旋转头12的一端安装在多维移动机构40的移动端上，多维移动机构40用于驱动整个机械手10的移动。

本实施例中，如图2所示，装夹定位装置还包括处理器50，处理器50可为单独设置的设备，也可为共用整个成像设备的处理器。处理器50分别与两个距离传感器20、触动器30和多维移动机构40信号连接，两个距离传感器20分别用于测量旋转头12的端部两侧到芯片承放平台60的距离，并生成相应的两个距离信号，处理器50用于获取两个距离传感器20生成的距离信号，根据两个所述距离信号计算出触动器30的微调线量和多维移动机构40的平移补偿量，控制触动器30和多维移动机构50驱动所述旋转头移动至与芯片承放平台平行。

本实施例的装夹定位装置的具体工作原理如下：

本装夹定位装置实现对生物芯片70的基准位置夹取，装夹定位装置移动到达一轴的准确位置后，正交方向朝芯片承放平台60靠近，两距离传感器20距离测量显示分别为L₁、L₂，处理器50计算两距离传感器20的测量的距离差值，计算出触动器30的微调线量，再控制触动器30微调量，实现角度精准定位；并计算出角度调整变化带来的水平位移，得到平移补偿量，再控制多维移动机构50实现平移补偿，形成闭环，实现芯片安装角度精准定位及位移补偿。

本实施例的处理器的理论计算原理如下：

如图3所示，设左侧距离传感器20与芯片承放平台60的基准面距离为L₁、右侧距离传感器20与芯片承放平台60的基准面距离为L₂、两个距离传感器20之间的间距为M、芯片调整前偏转角度为θ、触动器30的驱动端与延长臂长度方向的中心线之间的间距N、触动器微调线量为ΔD，可得到：

偏移角度θ与L₁、L₂有如下关系：

ΔL＝L₁-L₂ (1)

那么触动器30调整旋转头12的角度也为θ，可得到触动器30的微调线量ΔD为：

整理(1)(2)(3)式可得微调线量ΔD为：

相对用的平移补偿量G为：

公式(4)是为了修正角度误差所需要调整的触动器30的驱动端的位移量；角度调整后会导致产生芯片夹13的平移，需要将该平移修正掉，该平移可以用公式(5)进行修正。

本实施例提供的装夹定位装置，由于在旋转头的一端两侧安装有对称的两个距离传感器，可通过两个距离传感器测量出旋转头一端两侧相对芯片承放平台的距离差，也就测量出了芯片夹上生物芯片与芯片承放平台的倾斜角度，并且在延长臂安装在多维移动机构上，延长臂上安装有与旋转头连接触动器，触动器可驱动旋转头旋转至与芯片承放平台平行，多维移动机构可驱动旋转头平移，从而本装夹定位装置通过设置两个距离传感器、触动器和多维移动机构可实现生物芯片的角度及位置精准定位，应用灵活，小型化、轻量化，功能适应性强，能够独立完成也能够良好的适应并配合多维机构完成芯片及精密器件的精准定位，可降低成本，提高生物测序效率。

以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (10)

1.一种生物芯片的装夹定位装置，其特征在于，包括：

机械手，所述机械手包括延长臂、旋转头和芯片夹，所述旋转头的一端可旋转的安装在所述延长臂的一端，所述芯片夹固定在所述旋转头的另一端，所述芯片夹用于装夹生物芯片；

距离传感器，所述距离传感器具有至少两个，安装在所述旋转头安装所述芯片夹的一端，所述距离传感器分别用于检测所述旋转头一端不同位置与芯片承放平台之间的距离，并分别生成相应的距离信号；

触动器，所述触动器安装在所述延长臂上，所述触动器的驱动端与所述旋转头连接，用于驱动所述旋转头转动；

多维移动机构，所述多维移动机构具有可多维活动的移动端，所述延长臂远离所述旋转头的一端安装在所述多维移动机构的移动端上。

2.如权利要求1所述的生物芯片的装夹定位装置，其特征在于，还包括处理器，所述处理器与所述距离传感器、触动器和多维移动机构信号连接，所述处理器用于获取所述距离传感器生成的距离信号，根据所述距离信号计算出触动器的微调线量和多维移动机构的平移补偿量，控制触动器和多维移动机构驱动所述旋转头移动至与芯片承放平台平行。

3.如权利要求2所述的生物芯片的装夹定位装置，其特征在于，所述传感器具有两个，对称安装在所述旋转头安装所述芯片夹的一端两侧，所述处理器根据下式计算出触动器的微调线量ΔD：

根据下式计算出多维移动机构的平移补偿量G：

上述两式中，L₁、L₂分别为两个距离传感器测量的距离，M为两个距离传感器之间的间距，N为触动器的驱动端与延长臂长度方向的中心线之间的间距。

4.如权利要求3所述的生物芯片的装夹定位装置，其特征在于，所述旋转头通过转轴可旋转的安装在所述延长臂上，并且所述转轴位于旋转头和延长臂的中心线上。

5.如权利要求4所述的生物芯片的装夹定位装置，其特征在于，所述触动器具有直线移动的输出端，所述触动器的输出端的直线移动轨迹与延长臂臂长方向的中心线平行，并且间隔有一定间距，所述触动器的输出轴与所述旋转头为接触连接；所述旋转头靠近延长臂的一端两侧通过对称的两个弹簧与所述延长臂连接。

6.如权利要求4所述的生物芯片的装夹定位装置，其特征在于，所述触动器具有直线移动的输出端，所述触动器的输出端的直线移动轨迹与延长臂臂长方向的中心线平行，并且间隔有一定间距，所述触动器的输出轴与所述旋转头铰接。

7.如权利要求4所述的生物芯片的装夹定位装置，其特征在于，所述触动器具有直线移动的输出端，所述触动器具有两个，两个触动器对称安装在所述延长臂的上，两个所述触动器的输出端的直线移动轨迹与延长臂臂长方向的中心线平行，并且间隔有一定间距。

8.如权利要求5至7中任一项所述的生物芯片的装夹定位装置，其特征在于，所述触动器为直线电机。

9.如权利要求5至7中任一项所述的生物芯片的装夹定位装置，其特征在于，所述触动器包括电机、涡轮和蜗杆，所述电机的输出轴与所述涡轮连接，所述涡轮和蜗杆连接，所述蜗杆的一端为触动器的输出端。

10.如权利要求3所述的生物芯片的装夹定位装置，其特征在于，所述距离传感器为光学传感器或超声波传感器。

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