CN111951248A - 一种用于自动化核酸提取设备的定位校准装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于自动化核酸提取设备的定位校准装置及方法，针对现有的核酸提取设备由于采用人工校准的方法，存在偏差导致机械手偏移的问题，通过控制器与机械臂及机械手电连接，控制机械臂及机械手的移动；同时控制器与图像采集器电连接，用于接收图像采集器输出的图像信息，并将图像信息与预存的相应模块区域的图像进行对比，根据对比结果，发送相应的指令给机械臂或机械手，自动校准机械手的走位位置，实时校准走位精度，以提高机械手走位的准确性，降低成本。

Description

一种用于自动化核酸提取设备的定位校准装置及方法

技术领域

本发明属于对人体样本进行核酸检测的提取纯化的设备领域，尤其涉及一种用于自动化核酸提取设备的定位校准装置及方法。

背景技术

人体样本的核酸检测首先是对采集人体样本要进行提取纯化，现在提取纯化过程基本由自动化仪器完成，代替人工工作，不仅提高了检测的正确率，而且实现了批量化检测和工作效率。

在自动化仪器提取纯化样本时，机械手随着机械臂要不断地在各区域走位移动进行取样和加样，机械臂的位移控制和精度因机械结构、驱动电机、导轨等原因会出现卡顿、失步，皮带长期运动张力变化造成机械臂在长期运行时位移偏移，机械手无法准确定位取吸头或取液/加液时偏离容器，因此自动化核酸提取设备在一定的使用周期后要定期进行校准，主要是机械手位置校准。

人工校准自动化仪器机械臂走位偏差，须在用户现场进行，而且需要肉眼观察上、下、左、右、前、后的位置。一方面不同的校准人形成的人工校准误差也是机械手偏移的一个因素，另一方面不定期的到客户现场校准人工成本高昂，还有一方面因校准时间滞后会给客户造成一定的经济损失。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于自动化核酸提取设备的定位校准装置及方法，自动校准机械手的走位位置，实时校准走位精度，以提高机械手走位的准确性，降低成本。

为解决上述问题，本发明的技术方案为：

一种用于自动化核酸提取设备的定位校准装置，包括：平台、支架、机械臂、机械手、图像采集器及控制器；

所述平台被划分成多个具有不同功能及结构的模块区域，不同的模块区域内放置不同的容器或吸头；

所述支架垂直固设于所述平台的一侧，用于支撑所述机械臂；

所述机械臂与所述支架滑动连接，实现X方向上的移动；

所述机械手与所述机械臂滑动连接，实现Y方向上的移动；

所述图像采集器设于所述机械手上，用于采集各模块区域的图像；

所述控制器与所述机械臂及所述机械手电连接，控制所述机械臂及所述机械手的移动；所述控制器与所述图像采集器电连接，用于接收所述图像采集器输出的图像信息，并将所述图像信息与预存的相应模块区域的图像进行对比，根据对比结果，发送相应的指令给所述机械臂或所述机械手。

根据本发明一实施例，所述支架的横板上设有X方向上的滑轨，所述机械臂与所述支架的连接端固设有滑块，所述滑块与所述滑轨匹配；所述机械臂与所述支架的横板的侧面垂直。

根据本发明一实施例，所述机械臂上设有Y方向上的滑轨，所述机械手通过安装架与所述机械臂滑动连接。

根据本发明一实施例，所述安装架垂直套设于所述机械臂上，沿所述机械臂在Y方向上移动；所述安装架与所述支架的横板垂直。

根据本发明一实施例，所述安装架的表面设有Z方向上的滑轨，所述机械手通过滑块与Z方向上的滑轨配合连接，实现Z方向上的移动。

一种机械手定位校准方法，用于本发明一实施例中的用于自动化核酸提取设备的定位校准装置，包括：

S1：采集定位区域内吸头或容器的位置，从中选取目标吸头或目标容器，将目标吸头或目标容器的位置作为预设定位点；

S2：将机械手移动到所述预设定位点的上方，采集下方定位区域的图像作为标准图像；

S3：在机械手定位校准时，将机械手移动到所述预设定位点的上方，采集下方定位区域的图像作为实时图像；

S4：判断所述实时图像与所述标准图像是否重合，若重合，则将所述预设定位点作为校准位置；若不重合，则移动机械手，重新采集实时图像，直到实时图像与标准图像重合，将拍摄所述实时图像时的位置作为校准位置。

根据本发明一实施例，所述步骤S1进一步包括：

将定位区域划分为多个不同模块区域，各模块区域中放置不同大小或不同间距的吸头或容器；

将各模块区域作为独立的定位区，并进行编码。

根据本发明一实施例，所述步骤S2进一步包括：

采集各模块区域的图像信息，并选取特定图像区及进行相应的编码，建立标准图像库。

根据本发明一实施例，所述步骤S4进一步包括：

识别实时图像中的编码，根据编码遍历标准图像库，得到相应的标准图像；

将实时图像中的特定图像区与相应标准图像的特定图像区进行比较，判断是否存在差异，若不存在，则将所述预设定位点作为校准位置；若存在，则移动机械手，重新采集所述模块区域的实时图像，直到实时图像特定图像区与标准图像的特定图像区相同，将拍摄所述实时图像时的位置作为校准位置。

本发明由于采用以上技术方案，使其与现有技术相比具有以下的优点和积极效果：

1)本发明一实施例中的用于自动化核酸提取设备的定位校准装置，针对现有的核酸提取设备由于采用人工校准的方法，存在偏差导致机械手偏移的问题，通过控制器与机械臂及机械手电连接，控制机械臂及机械手的移动；同时控制器与图像采集器电连接，用于接收图像采集器输出的图像信息，并将图像信息与预存的相应模块区域的图像进行对比，根据对比结果，发送相应的指令给机械臂或机械手，自动校准机械手的走位位置，实时校准走位精度，以提高机械手走位的准确性，降低成本。

2)本发明一实施例中的用于自动化核酸提取设备的定位校准方法，针对现有的核酸提取设备由于采用人工校准的方法，存在偏差导致机械手偏移的问题，通过采集定位区域内吸头或容器的位置，从中选取目标吸头或目标容器，将目标吸头或目标容器的位置作为预设定位点；将机械手移动到预设定位点的上方，采集下方定位区域的图像作为标准图像；在机械手定位校准时，将机械手移动到预设定位点的上方，采集下方定位区域的图像作为实时图像；通过判断实时图像与标准图像是否重合，实现自动化核酸提取设备的自动校准，避免了人工校准的偏差，保证自动化核酸提取装置能够连续正常运行，节约成本，提高工作效率。

附图说明

图1为本发明一实施例中的用于自动化核酸提取设备的定位校准装置的结构示意图；

图2为本发明一实施例中的自动化核酸提取设备的实体结构图；

图3为本发明一实施例中的定位区域中各模块区域的示意图；

图4为本发明一实施例中的自动化核酸提取设备的位置校准方法流程图；

图5为本发明一实施例中的图像采集器采集模块区域的示意图；

附图标记说明：

1：图像采集器；2：安装架；3：机械臂；4：机械手；5：支架；501：横板；6：平台；7：控制器；8：模块区域；801：试剂区；802：样本区；803：容器区；804：吸头区。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种用于自动化核酸提取设备的定位校准装置及方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。

实施例一

本实施例针对现有的核酸提取设备由于采用人工校准的方法，存在偏差导致机械手偏移的问题，提供了一种自动校准机械手的走位位置，实时校准走位精度，以提高机械手走位的准确性的用于自动化核酸提取设备的定位校准装置。

如图1、2所示，该用于自动化核酸提取设备的定位校准装置，包括：平台6、支架5、机械臂3、机械手4、图像采集器1及控制器7。其中，平台6被划分成多个具有不同功能及结构的模块区域8，不同的模块区域8内放置不同的容器或吸头。支架5垂直固设于平台6的一侧，用于支撑机械臂3。机械臂3与支架5滑动连接，实现X方向上的移动。机械手4与机械臂3滑动连接，实现Y方向上的移动。图像采集器1设于机械手4上，用于采集各模块区域8的图像。控制器7与机械臂3及机械手4电连接，控制机械臂3及机械手4的移动；该控制器7还与图像采集器1电连接，用于接收图像采集器1输出的图像信息，并将该图像信息与预存的相应模块区域8的图像进行对比，根据对比结果，发送相应的指令给机械臂3或机械手4。

具体的，支架5呈Π型，支架5的横板501上设有X方向上的滑轨，机械臂3与支架5的连接端固设有滑块，该滑块与滑轨匹配；并且在安装状态下，机械臂3与支架5的横板501的侧面垂直。可以理解为，机械臂3与横板501处于同一横向水平面。

机械臂3上设有Y方向上的滑轨，机械手4通过安装架2与机械臂3滑动连接。该安装架2设有一通孔，在该通孔臂上安装滑块，使安装架2可垂直套设于机械臂3上，可沿机械臂3在Y方向上移动；并且在安装状态下，安装架2与机械臂3的上表面垂直。可以理解为，安装架2与机械臂3处于同一竖向垂直面，而安装架2还与支架5的横板501垂直。

另外，在安装架2的表面设有Z方向上的滑轨，机械手4通过滑块与Z方向上的滑轨配合连接，可使机械手在Z方向上移动。

上述无论是机械臂3在支架5是横板501上滑动，还是安装架2在机械臂3上滑动，亦或是机械手4在安装架2上滑动，均由相应的电机驱动。也就是说，该用于自动化核酸提取设备的定位校准装置设有X方向的驱动电机、Y方向的驱动电机及Z方向的驱动电机，且各驱动电机与控制器7电连接，受控制器7控制。当控制器7需要机械臂3或机械手4移动位置时，下发控制指令给X方向的驱动电机或Y方向的驱动电机或Z方向的驱动电机开启，并移动指令中包含的距离。实际应用中，控制7可采用STM32F101型号的单片机。

图像采集器1可设于安装架2的底端，也可设于机械手4上，使图像采集器1可在平台6的上方XY平面区域内移动，并可在Z方向上移动，完成采集各个模块区域8的图像。

本实施例提供的用于自动化核酸提取设备的定位校准装置，针对现有的核酸提取设备由于采用人工校准的方法，存在偏差导致机械手偏移的问题，通过控制器7与机械臂3、机械手4及图像采集器1电连接，接收图像采集器1输出的图像信息，并将图像信息与预存的相应模块区域8的图像进行对比，根据对比结果，发送相应的指令给机械臂3或机械手4，自动校准机械手4的走位位置，实时校准走位精度，以提高机械手4走位的准确性，降低成本。

实施例二

本实施例提供了一种机械手定位校准方法，用于实施例一中的自动化核酸提取设备的定位校准装置。请参看图3，该机械手定位校准方法，包括：

S1：采集定位区域内吸头或容器的位置，从中选取目标吸头或目标容器，将目标吸头或目标容器的位置作为预设定位点；

S2：将机械手移动到所述预设定位点的上方，采集下方定位区域的图像作为标准图像；

S3：在机械手定位校准时，将机械手移动到所述预设定位点的上方，采集下方定位区域的图像作为实时图像；

S4：判断所述实时图像与所述标准图像是否重合，若重合，则将该预设定位点作为校准位置；若不重合，则移动机械手，重新采集实时图像，直到实时图像与标准图像重合，将拍摄该实时图像时的位置作为校准位置。

具体的，在步骤S1中，将定位区域划分为多个不同模块区域，各模块区域中放置不同大小或不同间距的吸头或容器；将各模块区域作为独立的定位区，并进行编码。如图4所示，模块区域8包括：试剂区801、样本区802、容器区803、吸头区804，分别用于放置各种吸头或容器。图像采集器1在视角范围对模块区域8拍照，因视角范围有限，以及模块区域8的区域大小不同，所以按照视角范围分成若干拍摄区域，保证每个区域都在视角范围。由于模块区域8的功能区多少及大小与设备体积、样本测试量等有关，而模块区域8的区域形状及位置与仪器空间利用率和使用效率相关，不同的设备结构会存在模块区域8具有不同的区域大小和形状。

下面以吸头区804为例，该区域共有9个吸头架，划分为804-1、804-2、804-3、804-4、804-5、804-6、804-7、804-8、804-9区域，将每个吸头架作为一个单独的区域。

在步骤S2中，采集各模块区域的图像信息，并选取特定图像区及进行相应的编码，建立标准图像库。其中特定图像区是指特征点突出易于识别的图像区，如图5所示，在804-1区域确定三个主要特征点：804-1a、804-1b、804-1c，在进行定位校准前置入吸头，如此在拍摄图像时，这三个特征点更为突出，利于识别比对。

相应的，在步骤S4中，首先识别实时图像中的编码，根据编码遍历标准图像库，得到相应的标准图像；然后，将实时图像中的特定图像区与相应标准图像的特定图像区进行比较，判断是否存在差异，若不存在，则将所述预设定位点作为校准位置；若存在，则移动机械手，重新采集该模块区域的实时图像，直到实时图像特定图像区与标准图像的特定图像区相同，将拍摄该实时图像时的位置作为校准位置。

本实施例中的机械手定位校准方法，针对现有的核酸提取设备由于采用人工校准的方法，存在偏差导致机械手偏移的问题，通过采集定位区域内吸头或容器的位置，从中选取目标吸头或目标容器，将目标吸头或目标容器的位置作为预设定位点；将机械手移动到预设定位点的上方，采集下方定位区域的图像作为标准图像；在机械手定位校准时，将机械手移动到预设定位点的上方，采集下方定位区域的图像作为实时图像；通过判断实时图像与标准图像是否重合，实现自动化核酸提取设备的自动校准，避免了人工校准的偏差，保证自动化核酸提取装置能够连续正常运行，节约成本，提高工作效率。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式。即使对本发明作出各种变化，倘若这些变化属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则仍落入在本发明的保护范围之中。

Claims (9)

1.一种用于自动化核酸提取设备的定位校准装置，其特征在于，包括：平台、支架、机械臂、机械手、图像采集器及控制器；

所述平台被划分成多个具有不同功能及结构的模块区域，不同的模块区域内放置不同的容器或吸头；

所述支架垂直固设于所述平台的一侧，用于支撑所述机械臂；

所述机械臂与所述支架滑动连接，实现X方向上的移动；

所述机械手与所述机械臂滑动连接，实现Y方向上的移动；

所述图像采集器设于所述机械手上，用于采集各模块区域的图像；

所述控制器与所述机械臂及所述机械手电连接，控制所述机械臂及所述机械手的移动；所述控制器与所述图像采集器电连接，用于接收所述图像采集器输出的图像信息，并将所述图像信息与预存的相应模块区域的图像进行对比，根据对比结果，发送相应的指令给所述机械臂或所述机械手。

2.如权利要求1所述的用于自动化核酸提取设备的定位校准装置，其特征在于，所述支架的横板上设有X方向上的滑轨，所述机械臂与所述支架的连接端固设有滑块，所述滑块与所述滑轨匹配；所述机械臂与所述支架的横板的侧面垂直。

3.如权利要求2所述的用于自动化核酸提取设备的定位校准装置，其特征在于，所述机械臂上设有Y方向上的滑轨，所述机械手通过安装架与所述机械臂滑动连接。

4.如权利要求3所述的用于自动化核酸提取设备的定位校准装置，其特征在于，所述安装架垂直套设于所述机械臂上，沿所述机械臂在Y方向上移动；所述安装架与所述支架的横板垂直。

5.如权利要求4所述的用于自动化核酸提取设备的定位校准装置，其特征在于，所述安装架的表面设有Z方向上的滑轨，所述机械手通过滑块与Z方向上的滑轨配合连接，实现Z方向上的移动。

6.一种机械手定位校准方法，用于如权利要求1至5中任意一项所述的用于自动化核酸提取设备的定位校准装置，其特征在于，包括：

S1：采集定位区域内吸头或容器的位置，从中选取目标吸头或目标容器，将目标吸头或目标容器的位置作为预设定位点；

S2：将机械手移动到所述预设定位点的上方，采集下方定位区域的图像作为标准图像；

S3：在机械手定位校准时，将机械手移动到所述预设定位点的上方，采集下方定位区域的图像作为实时图像；

S4：判断所述实时图像与所述标准图像是否重合，若重合，则将所述预设定位点作为校准位置；若不重合，则移动机械手，重新采集实时图像，直到实时图像与标准图像重合，将拍摄所述实时图像时的位置作为校准位置。

7.如权利要求6所述的机械手定位校准方法，其特征在于，所述步骤S1进一步包括：

将定位区域划分为多个不同模块区域，各模块区域中放置不同大小或不同间距的吸头或容器；

将各模块区域作为独立的定位区，并进行编码。

8.如权利要求7所述的机械手定位校准方法，其特征在于，所述步骤S2进一步包括：

采集各模块区域的图像信息，并选取特定图像区及进行相应的编码，建立标准图像库。

9.如权利要求8所述的机械手定位校准方法，其特征在于，所述步骤S4进一步包括：

识别实时图像中的编码，根据编码遍历标准图像库，得到相应的标准图像；

将实时图像中的特定图像区与相应标准图像的特定图像区进行比较，判断是否存在差异，若不存在，则将所述预设定位点作为校准位置；若存在，则移动机械手，重新采集所述模块区域的实时图像，直到实时图像特定图像区与标准图像的特定图像区相同，将拍摄所述实时图像时的位置作为校准位置。

Images