CN113352308B - 用于骨髓涂片拍摄的机械臂及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于骨髓涂片拍摄的机械臂，包括X向平移机构、Y向平移机构、Z向平移机构和基座，X向平移机构包括X轴安装板及X向平移组件、X向测距组件，Y向平移机构包括连接板、Y轴安装板及Y向平移组件、Y向测距组件，Z向平移机构包括Z轴安装板及Z向平移组件、Z向测距组件；X轴安装板安装于基座上，连接板通过X向平移组件可在X轴安装板上滑动，Z轴安装板通过Y向平移组件可在Y轴安装板上滑动，Z向平移组件上安装有电动夹爪，电动夹爪通过Z向平移组件可在Z轴安装板上滑动；同时公开了对应的工作方法。本发明可运用于骨髓涂片在X轴、Y轴、Z轴三个方向的快速和精确移动，实现低负载、低功耗下高效高精确度的图像采集。

Description

用于骨髓涂片拍摄的机械臂及其工作方法

技术领域

本发明涉及病理图像采集技术领域，尤其涉及一种用于骨髓涂片拍摄的机械臂及其工作方法。

背景技术

现国内对病理切片图像采集，如骨髓涂片的拍摄，大多将切片置于三维载物台上，使得在整个切片扫描过程中载物台也需一起动作，尤其对焦过程中。由此，整个过程负载较大，结构刚性低，所以对于焦深浅、重复定位精度高加上要求实现快速扫描的目标，很难避免运行不平稳产生的震动，从而影响图像的采集精度。

发明内容

本发明提出一种用于骨髓涂片拍摄的机械臂及其工作方法以解决上述技术问题。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

根据本发明实施例的第一方面，提供了一种用于骨髓涂片拍摄的机械臂，包括X向平移机构、Y向平移机构、Z向平移机构和基座，所述X向平移机构包括X轴安装板及安装于X轴安装板上的X向平移组件、X向测距组件，所述Y向平移机构包括连接板、Y轴安装板及安装于Y轴安装板上的Y向平移组件、Y向测距组件，所述Z向平移机构包括Z轴安装板及安装于Z轴安装板上的Z向平移组件、Z向测距组件；所述X轴安装板安装于基座上，所述连接板通过X向平移组件可在X轴安装板上滑动，所述Y轴安装板安装在连接板上，所述Z轴安装板通过Y向平移组件可在Y轴安装板上滑动，Z向平移组件上安装有用于抓取骨髓涂片的电动夹爪，所述电动夹爪通过Z向平移组件可在Z轴安装板上滑动，所述X向测距组件、Y向测距组件、Z向测距组件分别用于测量X轴、Y轴、Z轴方向上的移动距离。

作为优选，所述X向平移组件包括对称设置的两条X轴直线导轨、X轴立式直线光轴支架和用于驱动连接板在X轴安装板上滑动的X轴直线电机，连接板下方设有与X轴直线导轨相匹配的X向滑块，所述X向滑块可在X轴直线导轨内滑动，所述X轴直线电机设于两条X轴直线导轨之间且一端固定在X轴立式直线光轴支架上；所述X向测距组件包括X轴读数头、设于X轴安装板上的X轴钢带尺和X轴光电开关、设于连接板下方的X轴读数头支架和X轴限位感应块，所述X轴读数头安装在X轴读数头支架上且朝向X轴钢带尺，所述X轴读数头支架和X轴限位感应块均与Y轴安装板在同一竖直平面内，所述X轴光电开关与X轴限位感应块电连接。

作为进一步的优选，X轴直线导轨两端分别设有X轴限位块，X轴限位块用于YX轴直线导轨的限位和固定；所述X轴读数头支架和X轴限位感应块分别位于X轴直线电机两侧，均衡各结构在连接板上的分布。

作为优选，所述Y向平移组件包括对称设置的两条Y轴直线导轨、Y轴立式直线光轴支架、Y轴光电开关和用于驱动Z轴安装板在Y轴安装板上滑动的Y轴直线电机，Z轴安装板下方设有与Y轴直线导轨相匹配的Y向滑块，所述Y向滑块可在Y轴直线导轨内滑动，所述Y轴直线电机设于两条Y轴直线导轨之间且一端固定在Y轴立式直线光轴支架上；所述Y向测距组件包括Y轴读数头及均设于Y轴安装板上的Y轴钢带尺、Y轴读数头支架和Y轴限位感应块，所述Y轴读数头安装在Y轴读数头支架上且朝向Y轴钢带尺，所述Y轴光电开关与Y轴限位感应片电连接。

作为进一步的优选，Y轴直线导轨两端均固定有Y轴限位块，Y轴限位块用于Y轴直线导轨的限位和固定。

作为优选，所述Z向平移组件包括卡爪调节支架、Z轴直线导轨、Z轴立式直线光轴支架和用于驱动连接板在Z轴安装板上滑动的Z轴直线电机，所述卡爪调节支架背面设有滑块安装座，所述滑块安装座内设有与Z轴直线导轨相匹配的Z向滑块，所述Z向滑块可在Z轴直线导轨内滑动，所述Z轴直线电机设于两条Z轴直线导轨之间且一端固定在Z轴立式直线光轴支架上，所述电动夹爪安装于卡爪调节支架上；所述Z向测距组件包括Z轴读数头、设于Z轴安装板上的Z轴钢带尺、设于滑块安装座内侧的Z轴读数头支架、Z轴光电开关和Z轴限位感应片，所述Z轴读数头安装在Z轴读数头支架上且朝向Z轴钢带尺，所述Z轴光电开关与Z轴限位感应片电连接。

作为进一步的优选，Z轴直线导轨上下两端均固定设置有Z轴限位块，电动夹爪上设置有行程开关；所述Z轴限位感应片包括第一限位感应片和第二限位感应片，所述第一限位感应片和第二限位感应片分别设置于Z轴读数头支架两侧。

作为优选，所述Z轴安装板上还固定有拉簧调节支架，拉簧调节支架上下两端分别固定有拉簧用支柱，两个拉簧用支柱之间挂设有拉簧。

作为优选，还包括控制装置，所述控制装置分别与X向平移机构、Y向平移机构、Z向平移机构、电动夹爪电连接。

根据本发明实施例的第二方面，提供了一种用于骨髓涂片拍摄的机械臂的工作方法，包括如下步骤：

初始化，通过各个光电开关确定X轴、Y轴、Z轴三个方向的工作区域，将光栅尺的参考零点停留在预设工作点；

通过电动夹爪抓取骨髓涂片；

判断电动夹爪是否夹紧骨髓涂片；

若已夹紧，通过X向平移组件、Y向平移组件、Z向平移组件将骨髓涂片移送至指定位置；

判断是否需要进行位置微调；

若需要进行位置微调，则通过X向平移组件、Y向平移组件、Z向平移组件中的至少一个对骨髓涂片所在位置进行调整。

与现有技术相比较，本发明可运用于骨髓涂片的夹紧或松开以及在X轴、Y轴、Z轴三个方向的快速和精确移动；结构简单，结构简单，可实现低负载、低功耗下高效率以及高位置精确度的骨髓图像采集。

附图说明

图1为本发明用于骨髓涂片拍摄的机械臂的一种立体结构示意图；

图2为图1的前视图；

图3为图2中A部分的放大结构示意图；

图4为图1的俯视图；

图5为图1的左视图；

图6为图1的右视图；

图7为图6中B部分的放大结构示意图；

图8为本发明用于骨髓涂片拍摄的机械臂的工作方法的一种流程图。

图中，1-上夹头，2-骨髓涂片，4-下夹头，5-电动夹爪，6-卡爪调节支架，10-行程开关，13-Z轴限位块，15-拉簧用支柱，16-拉簧调节支架，17-拉簧，18-滑块安装座，19-Z轴直线导轨，20-Z轴安装板，21-X轴立式直线光轴支架，22-Y轴立式直线光轴支架，23-Z轴立式直线光轴支架，27-Z轴直线电机，29-第一限位感应片，30-Z轴读数头支架，31-X轴读数头，32-Y轴读数头，33-Z轴读数头，34-第二限位感应片，36-Z轴钢带尺，37-Y轴直线导轨，39-Y轴限位块，41-Y轴限位感应片，42-Y轴读数头支架，43-Y轴钢带尺，44-Y轴直线电机，45-Y轴安装板，46-X轴直线导轨，47-X轴直线电机，48- X轴读数头支架，49-X轴钢带尺，50-X轴限位感应块，51-X向滑块，52-Y向滑块，53-Z向滑块，54-X轴安装板，55-X轴限位块，56-连接板，61-衬板，81-X轴光电开关，82-Y轴光电开关，83-Z轴光电开关，100-X向平移机构，200-Y向平移机构，300-Z向平移机构，400-基座。

具体实施方式

以下将结合附图所示的具体实施方式对本发明进行详细描述。但这些实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。

在本发明使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

如图1所示，一种用于骨髓涂片拍摄的机械臂，包括X向平移机构100、Y向平移机构200、Z向平移机构300和基座400，所述X向平移机构100包括X轴安装板54及安装于X轴安装板54上的X向平移组件、X向测距组件，所述Y向平移机构200包括连接板56、Y轴安装板45及安装于Y轴安装板45上的Y向平移组件、Y向测距组件，所述Z向平移机构300包括Z轴安装板20及安装于Z轴安装板20上的Z向平移组件、Z向测距组件；所述X轴安装板54安装于基座400上，所述连接板56通过X向平移组件可在X轴安装板54上滑动，所述Y轴安装板45安装在连接板56上，所述Z轴安装板20通过Y向平移组件可在Y轴安装板45上滑动，Z向平移组件上安装有用于抓取骨髓涂片2的电动夹爪5，所述电动夹爪5通过Z向平移组件可在Z轴安装板20上滑动，所述X向测距组件、Y向测距组件、Z向测距组件分别用于测量X轴、Y轴、Z轴方向上的移动距离。

本发明的各个系统结构件可采用6061-T6铝合金以及少量不锈钢材料，其中铝合金结构件经过阳极氧化处理后，具有良好的抗腐蚀性、高硬度、美观且重量较轻，符合ROHS要求。

X向平移组件，可以包括对称设置的两条X轴直线导轨46、X轴立式直线光轴支架21和用于驱动连接板56在X轴安装板54上滑动的X轴直线电机47，连接板56下方设有与X轴直线导轨46相匹配的X向滑块51，所述X向滑块51可在X轴直线导轨46内滑动，所述X轴直线电机47设于两条X轴直线导轨46之间且一端固定在X轴立式直线光轴支架21上。这里，通过X轴直线电机47驱动连接板56实现X轴方向上的移动，可根据所需要的X轴距离进行调整。

X向测距组件，可以包括X轴读数头31、设于X轴安装板54上的X轴钢带尺49和X轴光电开关81、设于连接板56下方的X轴读数头支架48和X轴限位感应块50，所述X轴读数头31安装在X轴读数头支架48上且朝向X轴钢带尺49，所述X轴读数头支架48和X轴限位感应块50均与Y轴安装板45在同一竖直平面内，所述X轴光电开关81与X轴限位感应块50电连接。X向测距组件通过不同时刻X轴读数头31对X轴钢带尺49上刻度的读取，得到X轴方向上的移动距离； X轴限位感应块50对X轴方向的移动进行限位，受X轴光电开关81控制。

其中，X轴直线导轨46两端分别设有X轴限位块55，X轴限位块55用于YX轴直线导轨46的限位和固定；所述X轴读数头支架和X轴限位感应块分别位于X轴直线电机47两侧，均衡各结构在连接板56上的分布。

Y向平移组件，可以包括对称设置的两条Y轴直线导轨37、Y轴立式直线光轴支架22、Y轴光电开关82和用于驱动Z轴安装板20在Y轴安装板45上滑动的Y轴直线电机44，Z轴安装板20下方设有与Y轴直线导轨37相匹配的Y向滑块52，所述Y向滑块52可在Y轴直线导轨37内滑动，所述Y轴直线电机44设于两条Y轴直线导轨37之间且一端固定在Y轴立式直线光轴支架242上。这里，通过Y轴直线电机44驱动Z轴安装板20实现Y轴方向上的移动，可根据所需要的Y轴距离进行调整。

Y向测距组件，可以包括Y轴读数头32及均设于Y轴安装板45上的Y轴钢带尺43、Y轴读数头支架42和Y轴限位感应块，所述Y轴读数头32安装在Y轴读数头支架42上且朝向Y轴钢带尺43，所述Y轴光电开关82与Y轴限位感应片41电连接。Y向测距组件通过不同时刻Y轴读数头32对Y轴钢带尺43上刻度的读取，得到Y轴方向上的移动距离； Y轴限位感应片41对Y轴方向的移动进行限位，受Y轴光电开关82控制。

其中，Y轴直线导轨37两端均固定有Y轴限位块39，Y轴限位块39用于Y轴直线导轨37的限位和固定。

Z向平移组件，可以包括卡爪调节支架6、Z轴直线导轨19、Z轴立式直线光轴支架23和用于驱动连接板56在Z轴安装板20上滑动的Z轴直线电机27，所述卡爪调节支架6背面设有滑块安装座18，所述滑块安装座18内设有与Z轴直线导轨19相匹配的Z向滑块53，所述Z向滑块53可在Z轴直线导轨19内滑动，所述Z轴直线电机27设于两条Z轴直线导轨19之间且一端固定在Z轴立式直线光轴支架23上，电动夹爪5安装于卡爪调节支架6上。这里，通过X轴直线电机47驱动连接板56实现X轴方向上的移动，可根据所需要的X轴距离进行调整。

Z向测距组件，可以包括Z轴读数头33、设于Z轴安装板20上的Z轴钢带尺36、设于滑块安装座18内侧的Z轴读数头支架30、Z轴光电开关83和Z轴限位感应片，所述Z轴读数头33安装在Z轴读数头支架30上且朝向Z轴钢带尺36，所述Z轴光电开关83与Z轴限位感应片电连接。Z向测距组件通过不同时刻Z轴读数头33对Z轴钢带尺36上刻度的读取，得到Z轴方向上的移动距离； Z轴限位感应片对Z轴方向的移动进行限位，受Z轴光电开关83控制。

其中，Z轴直线导轨19上下两端均固定设置有Z轴限位块13，Z轴限位块13用于Y轴直线导轨37的限位和固定；电动夹爪5上设置有行程开关10，用于判断电动夹爪5是否夹紧骨髓涂片2；所述Z轴限位感应片包括第一限位感应片29和第二限位感应片34，所述第一限位感应片29和第二限位感应片34可以分别设置于Z轴读数头支架30两侧，Z轴光电开关83控制第一限位感应片29和第二限位感应片34。

另外，所述Z轴安装板20上还可以固定有拉簧调节支架16，拉簧调节支架16上下两端分别固定有拉簧用支柱15，两个拉簧用支柱15之间挂设有拉簧17，拉簧调节支架16用于对拉簧17的松紧度进行调节。Z轴立式直线光轴支架23可沿拉簧17外围设置。

此外，本发明还可包括集成于机械臂的控制装置，所述控制装置分别与X向平移机构、Y向平移机构、Z向平移机构、电动夹爪5电连接。具体的， X向平移机构中的X轴直线电机47、X轴光电开关81、X轴限位感应块50、X轴读数头31，Y向平移机构的Y轴直线电机44、Y轴光电开关82、Y轴限位感应片41、Y轴读数头32，Z向平移机构的Z轴直线电机27、Z轴光电开关83、29-第一限位感应片29、第二限位感应片34、Z轴读数头33，电动夹爪5，均可以与控制装置电连接，在控制装置控制下进行运行工作。

本发明可运用于骨髓涂片的夹紧或松开以及在X轴、Y轴、Z轴三个方向的快速和精确移动；结构简单，结构简单，可实现低负载、低功耗下高效率以及高位置精确度的骨髓图像采集。考虑到需对骨髓涂片等玻片进行高频扫描，以及后期对采集图像进行拼接合成需要高定位精度以及重复定位精度，平移结构的驱动部分采用了直线电机，可实现运行平稳，加速度大，调速范围宽，结构简单；位置检测部分采用了光栅尺实现运行的闭环控制，从而精准的实现了所需视野下的骨髓图像，加速了后期整体图像的拼接整理以及质量。

对应的，本发明公开了一种用于骨髓涂片拍摄的机械臂的工作方法，包括如下步骤：

步骤1，初始化，通过各个光电开关确定X轴、Y轴、Z轴三个方向的工作区域，将光栅尺的参考零点停留在预设工作点。

步骤2，通过电动夹爪抓取骨髓涂片。

步骤3，判断电动夹爪是否夹紧骨髓涂片。此处可通过电动夹爪上安装的行程开关进行判断。若未夹紧，则电动夹爪松开骨髓涂片并返回步骤2，重新进行抓取。

步骤4，若已夹紧，通过X向平移组件、Y向平移组件、Z向平移组件将骨髓涂片移送至指定位置。

步骤5，判断是否需要进行位置微调。通过光栅尺进行反馈，将X向测距组件、Y向测距组件、Z向测距组件测得的距离与指定位置进行比对，判断距离差值是否超出预设的误差范围，若是则需要进行微调，若否则跳过步骤6。

步骤6，若需要进行位置微调，则通过X向平移组件、Y向平移组件、Z向平移组件中的至少一个对骨髓涂片所在位置进行调整。

确定骨髓涂片2被送达指定位置后，由其他设备对该骨髓涂片2进行对焦、扫描、滴油、采样等一系列动作。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由本申请的权利要求指出。

应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (7)

1.一种用于骨髓涂片拍摄的机械臂，其特征在于，包括X向平移机构、Y向平移机构、Z向平移机构和基座，所述X向平移机构包括X轴安装板及安装于X轴安装板上的X向平移组件、X向测距组件，所述Y向平移机构包括连接板、Y轴安装板及安装于Y轴安装板上的Y向平移组件、Y向测距组件，所述Z向平移机构包括Z轴安装板及安装于Z轴安装板上的Z向平移组件、Z向测距组件；所述X轴安装板安装于基座上，所述连接板通过X向平移组件可在X轴安装板上滑动，所述Y轴安装板安装在连接板上，所述Z轴安装板通过Y向平移组件可在Y轴安装板上滑动，Z向平移组件上安装有用于抓取骨髓涂片的电动夹爪，所述电动夹爪通过Z向平移组件可在Z轴安装板上滑动，所述X向测距组件、Y向测距组件、Z向测距组件分别用于测量X轴、Y轴、Z轴方向上的移动距离；所述Z向平移组件包括卡爪调节支架、Z轴直线导轨、Z轴立式直线光轴支架和用于驱动连接板在Z轴安装板上滑动的Z轴直线电机，所述卡爪调节支架背面设有滑块安装座，所述滑块安装座内设有与Z轴直线导轨相匹配的Z向滑块，所述Z向滑块可在Z轴直线导轨内滑动，所述Z轴直线电机设于两条Z轴直线导轨之间且一端固定在Z轴立式直线光轴支架上，所述电动夹爪安装于卡爪调节支架上；所述Z向测距组件包括Z轴读数头、设于Z轴安装板上的Z轴钢带尺、设于滑块安装座内侧的Z轴读数头支架、Z轴光电开关和Z轴限位感应片，所述Z轴读数头安装在Z轴读数头支架上且朝向Z轴钢带尺，所述Z轴光电开关与Z轴限位感应片电连接；Z轴直线导轨上下两端均固定设置有Z轴限位块，电动夹爪上设置有行程开关；所述Z轴限位感应片包括第一限位感应片和第二限位感应片，所述第一限位感应片和第二限位感应片分别设置于Z轴读数头支架两侧；所述Z轴安装板上还固定有拉簧调节支架，拉簧调节支架上下两端分别固定有拉簧用支柱，两个拉簧用支柱之间挂设有拉簧。

2.根据权利要求1所述的用于骨髓涂片拍摄的机械臂，其特征在于，所述X向平移组件包括对称设置的两条X轴直线导轨、X轴立式直线光轴支架和用于驱动连接板在X轴安装板上滑动的X轴直线电机，连接板下方设有与X轴直线导轨相匹配的X向滑块，所述X向滑块可在X轴直线导轨内滑动，所述X轴直线电机设于两条X轴直线导轨之间且一端固定在X轴立式直线光轴支架上；所述X向测距组件包括X轴读数头、设于X轴安装板上的X轴钢带尺和X轴光电开关、设于连接板下方的X轴读数头支架和X轴限位感应块，所述X轴读数头安装在X轴读数头支架上且朝向X轴钢带尺，所述X轴读数头支架和X轴限位感应块均与Y轴安装板在同一竖直平面内，所述X轴光电开关与X轴限位感应块电连接。

3.根据权利要求2所述的用于骨髓涂片拍摄的机械臂，其特征在于，X轴直线导轨两端分别设有X轴限位块；所述X轴读数头支架和X轴限位感应块分别位于X轴直线电机两侧。

4.根据权利要求1所述的用于骨髓涂片拍摄的机械臂，其特征在于，所述Y向平移组件包括对称设置的两条Y轴直线导轨、Y轴立式直线光轴支架、Y轴光电开关和用于驱动Z轴安装板在Y轴安装板上滑动的Y轴直线电机，Z轴安装板下方设有与Y轴直线导轨相匹配的Y向滑块，所述Y向滑块可在Y轴直线导轨内滑动，所述Y轴直线电机设于两条Y轴直线导轨之间且一端固定在Y轴立式直线光轴支架上；所述Y向测距组件包括Y轴读数头及均设于Y轴安装板上的Y轴钢带尺、Y轴读数头支架和Y轴限位感应块，所述Y轴读数头安装在Y轴读数头支架上且朝向Y轴钢带尺，所述Y轴光电开关与Y轴限位感应片电连接。

5.根据权利要求4所述的用于骨髓涂片拍摄的机械臂，其特征在于，Y轴直线导轨两端均固定有Y轴限位块。

6.根据权利要求1至5任意一项所述的用于骨髓涂片拍摄的机械臂，其特征在于，还包括控制装置，所述控制装置分别与X向平移机构、Y向平移机构、Z向平移机构、电动夹爪电连接。

7.一种如权利要求1至6任意一项所述的用于骨髓涂片拍摄的机械臂的工作方法，其特征在于，包括如下步骤：

初始化，通过各个光电开关确定X轴、Y轴、Z轴三个方向的工作区域，将光栅尺的参考零点停留在预设工作点；

通过电动夹爪抓取骨髓涂片；

判断电动夹爪是否夹紧骨髓涂片；

若已夹紧，通过X向平移组件、Y向平移组件、Z向平移组件将骨髓涂片移送至指定位置；

判断是否需要进行位置微调；

若需要进行位置微调，则通过X向平移组件、Y向平移组件、Z向平移组件中的至少一个对骨髓涂片所在位置进行调整。