CN114291469A - 一种基于物联网技术的输血相容性检测标本智能管理设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于物联网技术的输血相容性检测标本智能管理设备，涉及血液标本技术领域。该设备包括存储系统和控制系统；存储系统包括存储域、三维运动平台、推拉机构和血液标本夹持器；存储域包括主体结构架和仓储区；仓储区由多个可移动式货架层组成，用于存放血液标本托盘，可移动式货架层通过三段式直线导轨与主体结构架连接；血液标本夹持器和推拉机构均与三维运动平台连接；控制系统包括PLC、步进电机、与步进电机对应的步进驱动器、条形码扫描模组以及上位机；条形码扫描模组扫描血液标本试管上的条形码，读取血液标本信息，并传输到PLC；PLC将获取的血液样本信息传输至上位机，实现对输血相容性检测标本的智能管理。

Description

一种基于物联网技术的输血相容性检测标本智能管理设备

技术领域

本发明涉及血液标本技术领域，尤其涉及一种基于物联网技术的输血相容性检测标本智能管理设备。

背景技术

输血是临床上救治患者尤其是危重症患者的重要治疗手段，由于血液系统的复杂性(迄今国际输血协会已公布红细胞39个血型系统，超过400种抗原)，输血相容性是输血安全性和有效性的前提条件，是避免受血患者发生同种免疫反应和溶血性输血反应等并发症，保障临床输血安全的重要环节。

合格的血液标本是保障输血相容性真实、有效的重要前提。首先，输血相容性检测标本的有效期有特殊要求。输血相容性检测标本要求反映患者体内实时免疫状态，以预测输入的血液是否引起溶血等输血不良反应。常规情况下，用于血液相容性检测的标本须是输血前72小时内的标本，而输血前3～30天有输血史的受血者，再次输血前的检测标本应为输血前24小时内采集的标本。其次，输血相容性检测标本的保存期长，临床输血技术规范等规定输血相容性检测后的标本须存放在有明确采集时间或用血时间的试管架中并放置冰箱内保存7天以上，以做好输血不良反应调查。此外，临床上，经常有大量输血患者在短小时内需要多次输血，输血相容性检测标本在有效期内需反复多次存取。

目前在医院的输血实验室中，输血相容性检测标本的存储为先将输血相容性检测标本插入试管架中，然后将装有输血相容性检测标本的试管架的整体放置在医用冷藏柜内的试管架支架上。当需要存入输血检测标本和取出目标输血检测标本时，需要医务人员将试管架的整体移出冷藏柜后再进行查找目标输血检测标本以及将输血检测标本存入试管架的空位中，这种人工存取的方式加重了医务人员查找标本过程的繁琐。在针对血液标本存储的相关领域中，有相关研究是为解决这种繁琐的查找过程，这种技术是通过对试管架进行改造，在需要取目标输血检测标本时，只需要输入目标输血检测标本的信息，该试管架就能够自动定位到目标输血标本并亮灯提示，这种技术可以显著降低取目标输血检测的繁琐程度，这种试管架内部有各种线路，面对冷藏柜的湿冷环境，长时间使用可能存在接触不良的风险，且这种单独使用的试管架需要更换电池。

随着自动化技术的研究在实验室自动化领域不断发展成熟，越来越多的实验室为提高实验室自动化水平不断引进了实验室自动化产品。输血相容性检测标本保存期长以及需要多次反复存取，人工完成输血相容性检测标本的存取不仅浪费人力、财力还存在出错的风险，为提高输血实验室的自动化水平及降低人为因素的影响，设计一种标本管理设备完成标本的自动化存取，不仅可以替代医务人员的人工存取血液标本以避免医务人员直接接触血液标本，而且还可避免人为因素导致出错或感染的风险，输血相容性检测标本智能管理设备是输血实验室输血相容性标本智能管理系统的一个重要模块。

机电一体化技术在仓储系统中的不断应用，传统的人工进行货物存储方式已逐渐发展为自动化仓储所取代。自动化仓储系统拥有超大的存储量，在上位机的统一管理下，仓储系统能够高效且精准的完成货物的仓储。目前国内外对自动化仓储技术的研究主要是对物流等领域中的大空间、大流量和大型货物的物流仓储，物流仓储主要是完成对货物的定位与存储，对空间的使用要求不高，以及对运动机构的形式也没有特别的要求，对微小密闭空间及小货物的存储研究较少。小空间内的存储中，空间的利用率是关键指标，相对于大型物流的仓储在小空间内运动机构的设计及空间分布是更为精细，空间限制条件更多，难以做到柔性存取。因此借助机电一体化技术技自动化仓储技术，用于研究小空间的自动化存储，对设计血液标本的智能化管理设备提供了技术保障。

综上所述，输血相容性检测标本要依据患者既往史、近期输血情况等因素差异化管理，因此，建立输血相容性检测标本智能管理体系并开发智能管理设备，将有力提高输血相容性检测标本管理效率，保障输血相容性检测真实、可靠，不断提高临床安全、有效输血水平。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对小空间中小物品柔性自动化存储及空间利用的问题，提供一种基于物联网技术的输血相容性检测标本智能管理设备，实现对输血相容性检测标本的智能管理。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种基于物联网技术的输血相容性检测标本智能管理设备，包括存储系统和控制系统；

所述存储系统包括存储域、三维运动平台、推拉机构和血液标本夹持器；

所述存储域，包括主体结构架和仓储区；所述主体结构架由医用铝型材通过相应的连接件组装成，所述仓储区由多个可移动式货架层组成，用于存放血液标本托盘，可移动式货架层通过三段式直线导轨与主体结构架连接；所述货架层在推拉机构的带动下实现移动；所述血液标本夹持器和推拉机构均与三维运动平台连接；所述血液标本夹持器由旋转机构和二指夹持机构组成；

所述控制系统硬件包括可编程逻辑控制器PLC、步进电机、与步进电机对应的步进驱动器、条形码扫描模组以及上位机；

所述步进驱动器用于控制步进电机的转动，步进驱动器的转动脉冲与方向脉冲输入口接收PLC的控制信号，步进驱动器根据控制信号来给两相混合步进电机供电，从而控制步进电机的转动；所述步进电机为三维坐标运动平台、血液标本夹持器和推拉机构三个运动机构的动力源，分别固定在每个运动机构上，步进电机的A、B两相线圈通过接收步进驱动器的电流信号产生转动，从而驱动每个运动机构；

所述条形码扫描模组被设置在三维运动平台上用于获取输血检测标本的信息，条形码扫描模组与可编程逻辑控制器PLC连接，PLC通过串口给扫描模组发送指令后，条形码扫描模组扫描血液标本试管上的条形码，读取血液标本信息，并将获取的信息通过串口传输到可编程逻辑控制器PLC的寄存器中；可编程逻辑控制器PLC与上位机通过网口连接，将获取的血液样本信息传输至上位机；

所述控制系统软件包括上位机内置的血液管理系统和PLC内的控制程序；

所述上位机内置血液管理系统对接收的血液样本信息进行管理，并通过网线与可编程逻辑控制器PLC通信，上位机通过血液管理系统的界面给可编程逻辑控制器PLC发送存、取的控制和查询控制指令。

优选地，所述可移动式货架层包括承载试管架的支撑板和三段式滑轨；所述支撑板一侧外边缘处设置凸出触位，支撑板两侧靠近端部位置利用螺栓分别与两个三段式滑轨的内轨连接；所述三段式滑轨包括内轨、外轨和中间轨，所述外轨与主体框架进行固定连接的方式为螺栓连接，三段式滑轨的伸缩范围需要保证货架层完全抽出，滑轨的长度需满足小于或等于所连接的医用铝型材结构的长度；所述推拉机构与支撑板凸出触位相互作用，货架层在推拉机构的带动下实现移动，货架层有伸缩与固定两个状态。

优选地，所述三维坐标运动平台由丝杠模组驱动机构即X轴运动机构、与丝杠驱动轴垂直的同步带驱动机构即Z轴运动机构和与Z轴运动机构相垂直的同步带驱动机构即Y轴运动机构组成。

优选地，所述X轴运动机构采用丝杠模组传动，丝杠模组的运动是由步进电机通过联轴器与丝杠连接从而带动丝杠的转动，丝杠模组上的滑块同时受导轨和丝杠的约束，丝杠的转动转换为滑块的直线往复运动。

优选地，所述Y轴运动机构采用同步带传动，同步带传动的滑块与同步带和直线导轨相连，直线导轨约束滑块的运动，滑块在同步带的牵引下沿着直线导轨往复运动。

优选地，所述Z轴运动机构也采用同步带传动，包括两种同步带传动，分别是第一种同步带传动使Y轴运动机构沿Z方向往复运动和第二种同步带传动使横向推拉机构沿Z方向往复运动；第一种同步带传动中，铝型材构件的两端通过连接件分别与X轴运动机构上的滑块与固定于框架上的直线导轨上的滑块固定连接，直线导轨A通过螺栓固定在铝型材构件的中间位置，同步带轮的主动轮与从动轮分别固定于铝型材构件的两端，同步带连接从动轮与主动轮，同步带通过中间连接件与直线导轨A上的滑块固定，Y轴运动机构的铝型材构件的一端端部位置通过中间连接件与直线导轨A上的滑块固定，直线导轨A上的滑块与跟滑块固定的Y运动机构在同步带的牵引下沿Z方向往复直线运动；滑块与同步带和直线导轨相连，直线导轨安装于铝型材结构正中间，Y轴运动机构在垂直同步带的牵引下沿纵向往复运动；第二类同步带传动，其尺寸小于第一种同步带传送，固定构件与第一种同步带传动相同，为同一个铝型材构件，两条直线导轨沿铝型材构件长度方向通过螺栓连接分别固定于铝型材的两侧面的中间位置，推拉机构与位于铝型材两侧直线导轨上的滑轨固定连接，同步带轮的主动轮与从动轮也是固定于铝型材构件上且为同一侧，同步带连接主动轮与从动轮，同步带通过中间连接件与其中一个滑块固定连接，推拉机构在同步带牵引下沿着两条固定的直线导轨纵向往复运动；根据两种运动的负载不同，为避免同步带运动的干涉，第一类同步带传动采用大带轮传动，第二种同步带传动采用小带轮传动。

优选地，所述控制系统硬件还包括多个接近开关、多个光电开关和多个电磁吸盘；所述可编程逻辑控制器PLC的输入点通过导线与光电开关和接近开关的输出信号点相连，输出点通过导线与步进驱动器的脉冲输入、输出点和电磁吸盘的吸附控制信号输入点相连；

所述多个光电开关通过螺丝分别固定于三维运动平台的Y轴、Z轴运动机构和推拉机构上，每种运动机构上固定有三个光电开关分别对应左极限、原点和右极限位置；

所述多个接近开关通过螺丝固定于X轴运动机构及固定于支撑货架层的支撑结构端部，X轴运动机构的三个接近开关分别对应左极限、原点和右极限，固定于支撑结构端部的接近开关用于获取货架层移动到位信号；

所述电磁吸盘固定于支撑机构左右端部位置，用于吸附货架层，使货架层在初始位置与中间操作位置的固定；通过开关的输入信号判断三维坐标运动平台各运动机构的位置并用于限定运动机构的运动范围。

优选地，所述PLC的控制程序，包括三维运动平台控制程序、推拉机构的运动控制程序、标本夹持器的夹持控制程序和扫描模组读取条形码控制程序；

所述三维运动平台控制程序为控制X轴运动机构、Y轴运动机构和Z轴运动机构的运动使血液标本夹持器准确到达目标血液标本的位置；

所述推拉机构的运动控制程序为控制推拉机构的运动对目标血液标本所在的托盘进行输运使托盘能够在中间的存取区与初始固定区之间切换位置；

所述输血标本夹持控制程序包括控制旋转机构中步进电机的旋转和夹持机构中的丝杠步进电机的旋转，旋转机构的步进电机旋转使夹持机构能够任意角度旋转，并完成输血标本信息的读取，夹持机构的丝杠步进电机旋转通过带动丝杠螺母旋转及连杆机构的运动使夹持机构的末端二指实现张开与闭合；

所述读取条形码控制程序为命令方式触发扫描器扫描血液标本，PLC向条形码扫描模组发送开启扫描指令，条形码扫描模组在读取到输血检测标本的条形码信息后，将信息发送给PLC对应的寄存器中并判断信息是否是目标输血检测标本的信息，最后PLC向条形码扫描模组发送停止读取信息的指令。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明提供的一种基于物联网技术的输血相容性检测标本智能管理设备，能够摆脱医务人员进行繁琐的存取输血检测标本的过程，可避免医务人员与输血检测标本的直接接触，只需要医务人员的一个指令即可以完成存取操作；标本智能管理设备内部的存储结构采用左右两排的分布，以及每一层的结构采用抽拉结构，这种结构相对于传统的固定式货架结构可以提升存储数量以及空间利用率；存储对象的最小单元为单个的输血检测标本，在冷藏柜中内置存取机械臂可以完成单个目标输血标本的存取操作，避免了寻找目标输血标本频繁开启冷藏柜的隔离门，从而降低了冷藏柜内温度的波动；

附图说明

图1为本发明实施例提供的基于物联网技术的输血相容性检测标本智能管理设备的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一维移动式货架向中间位置输运图；

图3为本发明实施例提供的二维移动式货架向中间位置输运图；

图4为本发明实施例提供的二维移动式货架向冷藏柜外部输运图；

图5为本发明实施例提供的三坐标运动平台、血液标本夹持器和推拉机构的整体结构示意图；

图6为本发明实施例提供的X轴运动机构结构示意图；

图7为本发明实施例提供的Y轴运动机构结构示意图；

图8为本发明实施例提供的Z轴运动机构结构示意图；

图9为本发明实施例提供的检测标本管理设备内部输运推拉模块结构示意图；

图10为本发明实施例提供的检测标本管理设备向外部输运推拉模块结构示意图。

图11位本发明实施例提供的血液标本夹持器结构示意图；

图12为本发明实施例提供的一维移动式货架抽出时的结构示意图；

图13为本发明实施例提供的一维移动式货架初始状态的结构示意图；

图14为本发明实施例提供的二维移动式货架抽出时的结构示意图；

图15为本发明实施例提供的二维移动式货架初始状态的结构示意图；

图16为本发明实施例提供的控制系统的硬件结构框图。

图中，1、设备主体结构架；2、三维运动平台；3、检测标本设备内部输运推拉模块；4、检测标本设备向外部输运的推拉模块；5、血液标本夹持器；6、一维移动式货架层；7、二维移动式货架层；8、第一充电吸附电磁吸盘；9、第二充电吸附电磁吸盘；10、第三充电吸附电磁吸盘；11、第一断电吸附电磁吸盘；12、第二断电吸附电磁吸盘；13、第三断电吸附电磁吸盘；14、第一接近开关；15、第二接近开关；16、第三接近开关；17、第四接近开关；18、第五接近开关；19、第六接近开关；20、条形码扫描模组；21、X轴运动机构；22、Y轴运动机构；23、Z轴运动机构；24、丝杠模组；25、第七接近开关；26、第八接近开关；27、第九接近开关；28、第一同步带模组；29、第一光电开关；30、第二光电开关；31、第三光电开关；32、第二同步带模组；33、第四光电开关；34、第五光电开关；35、第六光电开关；36、第三同步带模组；37、第一推拉机构；38、第七光电开关；39、第八光电开关；40、第九光电开关；41、第二推拉机构42、旋转机构；43、二指夹持机构；44、托盘；45、第一推拉接触位；46、第一电磁吸附贴片；47、第二电磁吸附贴片；48、试管架；49、三段式滑轨；50、托盘；51、第二推拉接触位；52、第三推拉接触位；53、第三电磁吸附贴片；54、第四电磁吸附贴片；55、第五电磁吸附贴片；56、第六电磁吸附贴片；57、试管架；58、X方向三段式滑轨；59、Y方向三段式滑轨。

具体实施方式

为更好的说明本发明的目的和优点，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用来说明本发明，但不限制本发明的范围。

本实施例中，一种基于物联网技术的输血相容性检测标本智能管理设备，包括存储系统和控制系统，存储系统如图1-4所示，主要由设备主体结构架1、三维运动平台2、检测标本设备内部输运推拉模块3、检测标本设备向外部输运的推拉模块4、血液标本夹持器5、一维移动式货架层6、二维移动式货架层7、第一充电吸附电磁吸盘8、第二充电吸附电磁吸盘9、第三充电吸附电磁吸盘10、第一断电吸附电磁吸盘11、第二断电吸附电磁吸盘12、第三断电吸附电磁吸盘13、第一接近开关14、第二接近开关15、第三接近开关16、第四接近开关17、第五接近开关18、第六接近开关19、条形码扫描模组20组成；

第一充电吸附电磁吸盘8通过螺丝固定在与一维移动式货架层6的支撑结构相连的L型支座上，第二充电吸附电磁吸盘9通过螺丝固定在与二维移动式货架层7的支撑结构相连的L型支座上，第三充电吸附电磁吸盘10通过螺丝固定在用于支撑二维移动式货架层7托盘的L型支座上；第一断电吸附电磁吸盘11通过螺丝固定在一维移动式货架层6一侧的主体结构架上，同样地，第二断电吸附电磁吸盘12通过螺丝固定在二维移动式货架层7一侧的主体结构架上，第三断电吸附电磁吸盘13通过螺丝固定在用于支撑二维移动式货架层7托盘的L型支座上；第一接近开关14通过螺丝固定在与第一充电吸附电磁吸盘8相同的位置，第二接近开关15通过螺丝固定在与第一断电吸附电磁吸盘11相同的位置，第三接近开关16通过螺丝固定在第二充电吸附电磁吸盘9相同的位置，第四接近开关17通过螺丝固定在第二断电吸附电磁吸盘12相同的位置，第五接近开关18通过螺丝固定在第三断电吸附电磁吸盘13相同的位置，第六接近开关19通过螺丝固定在与第三充电吸附电磁吸盘10相同的位置。

三维运动平台2、血液标本夹持器5和推拉机构构成的整体结构如图5所示，其中，三维运动平台2包括X轴运动机构21、Y轴运动机构22、Z轴运动机构23；

X轴运动机构21如图6所示，由丝杠模组24和设置在丝杠模组上的第七接近开关25、第八接近开关26和第九接近开关27组成，第七、第八和第九接近开关通过螺丝固定在丝杠模组的支座结构上；Y轴运动机构22如图7所示，由第一同步带模组28、第一光电开关29、第二光电开关30、第三光电开关31组成，第一、第二和第三光电开关通过螺丝固定在第一同步带模组28的支座上；Z轴运动机构23如图8所示，由第二同步带模组32、第四光电开关33、第五光电开关34、第六光电开关35组成，第四、第五和第六光电开关通过螺丝固定在第二同步带模组32的支座上；检测标本管理设备内部输运推拉模块3如图9所示，由第三同步带模组36、第一推拉机构37、第七光电开关38、第八光电开关39、第九光电开关40组成，第七、第八和第九光电开关通过螺丝固定在第三同步带模组36的支座上；检测标本管理设备向外部输运推拉模块4如图10所示，由第一同步带模组28和第二推拉机构41组成；血液标本夹持器5如图11所示，由旋转机构42和二指夹持机构43组成；旋转机构42由旋转机构连接板、步进电机、步进电机固定板、联轴器、推力球轴承和推力球轴承支撑板等组成；二指夹持机构43由二指夹持机构连接板、二指夹持机构连接轴、丝杠步进电机、步进电机固定板、丝杠螺母、杆构件和末端二指等组成；旋转机构42的步进电机的旋转带动整个二指夹持机构旋转，二指夹持机构的丝杠步进电机旋转使丝杠螺母沿丝杠轴往复运动，丝杠螺母与杆构件通过销轴连接，丝杆螺母的运动使得末端二指做出张开与夹紧动作。

一维移动式货架层6如图12、13所示由托盘44、第一推拉接触位45、第一电磁吸附贴片46、第二电磁吸附贴片47、试管架48、三段式滑轨49组成；二维移动式输出货架层7如图14、15所示由托盘50、第二推拉接触位51第三推拉接触位52、第三电磁吸附贴片53、第四电磁吸附贴片54、第五电磁吸附贴片55、第六电磁吸附贴片56、试管架57、X方向三段式滑轨58和Y方向三段式滑轨59组成。

控制系统硬件如图16所示包括可编程逻辑控制器PLC、步进电机、与步进电机对应的步进驱动器以及上位机；可编程逻辑控制器PLC的输入点通过导线与光电开关和接近开关的输出信号点相连，输出点通过导线与步进驱动器的脉冲输入、输出点和电磁吸盘的吸附控制信号输入点相连；步进驱动器用于控制步进电机的转动，步进驱动器的转动脉冲与方向脉冲输入口接收PLC的控制信号，步进驱动器根据控制信号来给两相混合步进电机供电，从而控制步进电机的转动；步进电机为三维坐标运动平台、血液标本夹持器和推拉机构三个运动机构的动力源，分别固定在每个运动机构上，步进电机的A、B两相线圈通过接收步进驱动器的电流信号产生转动，从而驱动每个运动机构；

条形码扫描模组20用于获取输血检测标本的信息，其与Y轴运动机构22的端部固定在相同的滑块上，与Y轴运动机构22的运动同步，条形码扫描模组20通过串口线与可编程逻辑控制器PLC的RS232串口连接，两者的通信为自由口通信，PLC通过串口给条形码扫描模组20发送指令后，条形码扫描模组20扫描血液标本试管上的条形码，读取血液标本信息，并将获取的信息通过串口传输到可编程逻辑控制器PLC的寄存器中；可编程逻辑控制器PLC与上位机通过串口连接，将获取的血液样本信息传输至上位机；

控制系统软件包括上位机内置的血液管理系统和PLC内的控制程序；上位机内置血液管理系统对接收的血液样本信息进行管理，并通过Modbus通信方式与可编程逻辑控制器PLC通信，上位机通过血液管理系统的界面给可编程逻辑控制器PLC发送存、取的控制和查询控制指令；PLC的控制程序，包括三维运动平台控制程序、推拉机构的运动控制程序、标本夹持器的夹持控制程序和扫描模组读取条形码控制程序；三维运动平台控制程序为控制X轴运动机构、Y轴运动机构和Z轴运动机构的运动使血液标本夹持器准确到达目标血液标本的位置；推拉机构的运动控制程序为控制推拉机构的运动对目标血液标本所在的托盘进行输运使托盘能够在中间的存取区与初始固定区之间切换位置。输血标本夹持控制程序包括控制旋转机构中步进电机的旋转和夹持机构中的丝杠步进电机的旋转，旋转机构的步进电机旋转使夹持机构能够任意角度旋转，并完成输血标本信息的读取，夹持机构的丝杠步进电机旋转通过带动丝杠螺母旋转及连杆机构的运动使夹持机构的末端二指实现张开与闭合；读取条形码控制程序为命令方式触发扫描器扫描血液标本，PLC向条形码扫描模组发送开启扫描指令，条形码扫描模组在读取到输血检测标本的条形码信息后，将信息发送给PLC对应的寄存器中并判断信息是否是目标输血检测标本的信息，最后PLC向条形码扫描模组发送停止读取信息的指令。

本实施例中，一维移动式货架层中取出目标血液标本如图2所示；

本实施例为取目标血液标本的过程，存输血检测标本与取输血检测标本的过程类似。在图1所示的实施方案中，设备的尺寸为530mm×410mm×1170mm，首先血液标本智能管理设备上电运行，上电后PLC控制三维运动平台的三个运动方向分别回原点，原点分别为第八接近开关26位置、第二光电开关30位置和第五光电开关34位置，以及检测标本管理设备内部输运推拉模块3回原点。以取一个血液标本为例，取多个血液标本为取一个血液标本的重复过程，假定所取目标输血检测标本为标本A，在完成回原点操作后，上位机内的血液管理系统向下位机即PLC发出取某一目标血液标本指令，PLC将取指令转换为每个运动机构的步进电机的运动脉冲和方向脉冲。X轴运动机构21沿X轴向目标血液标本所在的一维移动式货架层6运动，使检测标本管理设备内部输运推拉模块3中第一推拉机构37的X坐标与货架层6的第一推拉接触位45的X坐标相同。待第一推拉机构37与第一推拉接触位45的X坐标相同后，检测标本管理设备内部输运推拉模块3的第三同步带模组36开始运行使第一推拉机构37从Z方向的原点位置沿着Z方向移动，并使第一推拉机构37与货架层6的第一推拉接触位45的Z方向坐标相同。第一推拉机构37的X和Z方向运动到位后，随后设置在设备主体结构上与一维移动式货架层位置对应的第一断电吸附电磁吸盘11充电，在第一断电吸附电磁吸盘11失去吸附力后，X轴运动机构21从当前位置向中间操作空间移动，在X轴运动机构21的带动下，第一推拉机构37将一维移动式货架层6输运至中间操作空间。当安装于一维可移动式货架层6一侧的第一电磁吸附贴片46接近对面货架层的第一接近开关14时，第一接近开关14输出接近信号给PLC，同时PLC控制相应的步进电机驱动器停止给X轴运动机构的步进电机发送运动脉冲，X方向运动机构21停止运动。X方向运动机构准确停止后，PLC向第一充电吸附电磁吸盘8输出信号，第一充电吸附电磁吸盘8立即产生吸附力并与第一电磁吸附贴片46片吸附固定，此时一维可移动式货架层6在中间操作为固定状态，如图12所示。一维可移动式货架层6在中间空间固定后，检测标本设备内部输运推拉模块3的第三同步带模组36运行，使第一推拉机构37返回Z方向的原点位置。第一推拉机构37回原点后，X轴运动机构21的对称中心运动到与目标血液标本A相同的X方向坐标位置。待X轴运动机构21的对称中心与目标血液标本A坐标相同后，Y轴运动机构22的第一同步带模组28开始运转，将血液标本夹持器5从原点位置传送到与目标血液标本A相同的Y方向坐标位置，此时夹持机构43的末端二指为张开状态。待血液标本夹持器5与目标血液标本A的Y方向坐标相同后，Z轴运动机构23的第二同步带模组32运转，使Y轴运动机构22及血液标本夹持器5的整体在Z方向从原点位置向目标血液标本A运动，并使得夹持机构43的末端二指的Z方向坐标低于血液标本的试管帽的Z坐标的一端固定距离。待Z方向运动到位后，夹持机构43的末端二指夹紧目标血液标本，在目标血液标本A被稳定夹取后，Z轴运动机构23的第二同步带模组32运转，将目标血液标本A从试管架48内取出。待目标血液标本A被取出后，Y轴运动机构的22第一同步带模组28开始运行，将已夹取目标血液标本A的血液标本夹持器5整体传送至条形码扫描模组20的识读范围，目标血液标本A到达识读范围后，第一同步带模组28停止运行。第一同步带模组28停止后旋转机构42开始以360度为转动周期带动夹持机构43整体缓慢旋转，同时PLC发送扫描命令给条形码扫描模组20，促发条形码扫描模组20开启扫描，条形码扫描模组20将读取到的目标血液标本A上的条形码信息通过RS232串口传送至PLC对应的寄存器中。PLC在收到条形码信息后立即将其传送给上位机内的血液管理系统，同时旋转机构42在结束旋转周期后停止旋转及PLC发送命令促发条形码扫描模组20关闭扫描，血液管理系统将得到的条码信息与数据库中的目标血液标本条码信息进行对比，确认目标血液标本A是否是需要的真正的目标血液标本A。若确认该目标血液标本A为真正的目标血液标本则继续下一步运动否则血液管理系统发出报警信息，并将所夹取的目标血液标本存回一维移动式货架6。在确认是真正的目标输血检测标本A后，Z轴运动机构23的第二同步带模组32开始运行，Z轴运动机构回原点，同时将目标血液标本A、血液标本夹持器5和Y轴运动机构在Z方向回原点。Z方向回原点后，X轴运动机构21沿X方向运动使第一推拉机构37的末端在X方向的坐标与一维移动式货架层6一侧的第一接触位45的X坐标相同。待X坐标相同后，Z轴运动机构23的第二同步带模组32运行，将第一推拉机构37沿Z方向从原点向一维可移动式货架层6的第一接触位45移动，使第一推拉机构37与第一接触位45的Z方向坐标相同。推拉机构37的坐标与一维可移动式货架层6第一接触位45的坐标相同后，PLC控制第一充电吸附电磁吸盘8失电，其吸附力消失后，X轴运动机构21继续沿X方向运动，驱动第一推拉机构37将一维可移动式货架层6输运回初始固定位置，当一维可移动式货架层6的第二电磁吸附贴片47移动至靠近第二接近开关15时，第二接近开关15输出靠近信号给PLC，PLC立即控制第一断电吸附电磁吸盘11断电，第一断电吸附电磁吸盘11吸附力，一维可移动式货架层6在初始位置固定，如图13所示。

本实施例中，目标血液标本存入二维移动式货架转接区域如图3所示；

同一排的二维移动式货架7的第二推拉接触位51与一维移动式货架6的第一推拉接触位45的X方向坐标相同，第一推拉机构37只需要改变Z方向坐标，假定二维移动式货架7的存入空位为B。本实施例的二维移动式货架7与一维移动式货架6为同一排，因而在一维可移动式货架层6回到初始固定位置时，第三同步带模组36运动使第一推拉机构37沿Z方向移动到与二维移动式货架层7的第二接触位51相同Z坐标处。第一推拉机构37运动到位后，PLC控制第二断电电磁吸附吸盘12上电，第二断电电磁吸附吸盘12失去吸附力后X方向运动机构21由当前位置往中间位置运动将二维移动式货架层7抽拉至中间位置，如图14所示。当二维移动式货架层7的第三电磁吸附贴片52靠近第三接近开关16时，第三接近开关16输出中间到位信号给PLC，PLC在收到靠近信号时立即步进驱动器发送运动脉冲停止信号，步进驱动器控制X轴运动机构21停止运动，同时PLC给第二充电吸附电磁吸盘9上电，第二充电吸附电磁吸盘9产生吸附力，此时二维移动式货架层7被吸附从而在中间位置固定。二维移动式货架层7在中间位置固定后，第一推拉机构37在Z方向回原点。推拉机构37回原点之后，X轴运动机构21运动使Y轴运动机构22、血液标本夹持器5和目标血液标本A的整体在X方向坐标与目标血液标本转运空位B的坐标相同。在X方向坐标相同后，Y轴运动机构22的第一同步带模组28开始传送，使血液标本夹持器5和目标血液标本A的整体与目标血液标本空位B在Y方向的坐标相同。在Y方向坐标与X方向坐标都保持相同后，Z方向运动机构23的同步带模组32开始传送，使得目标血液标本A的Z方向坐标与目标血液标本空位B的Z方向坐标相同。在目标血液标本A与目标血液标本空位B的Z方向坐标相同后，夹持机构43的末端二指张开将目标血液标A存入目标血液标本空位B中。待目标血液标本A存入后，Z轴运动机构23的同步带模组32开始传送，使得Y运动机构22及血液标本夹持器5的整体在Z方向上回原点。Z方向回原点后，X轴运动机构21的同步带模组24开始传送使第一推拉机构37的末端与托盘50一侧的第二推拉接触部位51的X方向坐标相同。在X方向坐标相同的情况下，Z轴运动机构23的同步带模组32运转使第一推拉机构37的末端与托盘50一侧的第二推拉接触处51的坐标相同。在X方向与Z方向坐标相同后，PLC控制第三充电吸附电磁吸盘10断电，第三充电吸附电磁吸盘10断电后失去吸附力，随后X轴运动机构21的丝杆模组24开始运转将二维移动式输出货架7回到初始位置，如图15所示。待二维移动式货架7上的第三电磁吸附贴片53靠近第四接近开关17时，第四接近开关17向PLC发送到达初始位置的信号，PLC控制第二断电吸附电磁吸盘12断电，断电后第二断电吸附电磁吸盘12产生吸附力使二维移动式货架7在初始位置固定。

本实施例中，目标血液标本从转接空位移动至冷藏柜外部如图4所示；

在二维移动式输出货架7回到初始位置之后，第一推拉机构37回原点，紧接着X轴运动机构21的丝杠模组24开始运动使第二推拉机构41的末端与二维移动式货架层7的一侧的第三推拉接触位52的X方向坐标相同。X轴方向坐标满足条件后，Z轴运动机构23的同步带模组32开始运转使第二推拉机构41在Z轴方向坐标与二维移动式货架层7的一侧的第三推拉接触位52的坐标相同。在X方向与Z方向坐标都相同后，Y轴运动机构22的同步带模组28运转使第二推拉机构41与第三推拉接触位49的Y方向坐标相同。在X、Y和Z方向坐标都相同后，使PLC给第三断电吸附电磁吸盘13通电，第三断电吸附电磁吸盘13失去吸附力，紧接着Y轴运动机构22的第一同步带模组28开始传送使二维移动式货架层7在Y轴方向移动至设备的外部。当第五电磁吸附贴片54接近第五接近开关18时，第五接近开关18输出移动至冷藏柜外部的信号给PLC，PLC在收到信号后控制Y轴运动机构22的同步带模组28停止运行并给第三充电吸附电磁吸盘10通电，第三充电吸附电磁吸盘10产出吸附力，在二维移动式输出货架7被固定。待移动式货架层7中的目标血液标本A被取出后，第二推拉机构41运动过程跟拉出过程相同，第二推拉机构41移动至第三推拉接触位52的位置，第二推拉机构41到位后，PLC给第三充电吸附电磁吸盘10断电，第三充电吸附电磁吸盘10失去吸附力。随后Y轴运动机构22的同步带模组28运行并驱动第二推拉机构41将二维移动式货架层7输运至初始位置，在第六电磁吸附贴片55接近第六接近开关19时，PLC给第三断电吸附电磁吸盘13断电，断电后第三断电吸附电磁吸盘13产生吸附力，二维移动式货架层7被吸附而固定，同时X轴运动机构、Y轴运动机构和Z轴运动机构回原点，此时完成一次取血液标本的过程。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明权利要求所限定的范围。

Claims (8)

1.一种基于物联网技术的输血相容性检测标本智能管理设备，其特征在于：包括存储系统和控制系统；

所述存储系统包括存储域、三维运动平台、推拉机构和血液标本夹持器；

所述存储域，包括主体结构架和仓储区；所述主体结构架由医用铝型材通过连接件组装成，所述仓储区由多个可移动式货架层组成，用于存放血液标本托盘，可移动式货架层通过三段式直线导轨与主体结构架连接；所述货架层在推拉机构的带动下实现移动；所述血液标本夹持器和推拉机构均与三维运动平台连接；所述血液标本夹持器由旋转机构和二指夹持机构组成；

所述控制系统硬件包括可编程逻辑控制器PLC、步进电机、与步进电机对应的步进驱动器、条形码扫描模组以及上位机；

所述步进驱动器用于控制步进电机的转动，步进驱动器的转动脉冲与方向脉冲输入口接收PLC的控制信号，步进驱动器根据控制信号来给两相混合步进电机供电，从而控制步进电机的转动；所述步进电机为三维坐标运动平台、血液标本夹持器和推拉机构三个运动机构的动力源，分别固定在每个运动机构上，步进电机的A、B两相线圈通过接收步进驱动器的电流信号产生转动，从而驱动每个运动机构；

所述条形码扫描模组被设置在三维运动平台上用于获取输血检测标本的信息，条形码扫描模组与可编程逻辑控制器PLC连接，PLC通过串口给扫描模组发送指令后，条形码扫描模组扫描血液标本试管上的条形码，读取血液标本信息，并将获取的信息通过串口传输到可编程逻辑控制器PLC的寄存器中；可编程逻辑控制器PLC与上位机通过串口连接，将获取的血液样本信息传输至上位机；

所述控制系统软件包括上位机内置的血液管理系统和PLC内的控制程序；

所述上位机内置血液管理系统对接收的血液样本信息进行管理，并通过网线与可编程逻辑控制器PLC通信，上位机通过血液管理系统的界面给可编程逻辑控制器PLC发送存、取的控制和查询控制指令。

2.根据权利要求1所述的一种基于物联网技术的输血相容性检测标本智能管理设备，其特征在于：所述可移动式货架层包括承载试管架的支撑板和三段式滑轨；所述支撑板一侧外边缘处设置凸出触位，支撑板两侧靠近端部位置利用螺栓分别与两个三段式滑轨的内轨连接；所述三段式滑轨包括内轨、外轨和中间轨，所述外轨与主体框架进行固定连接的方式为螺栓连接，三段式滑轨的伸缩范围需要保证货架层完全抽出，滑轨的长度需满足小于等于所连接的主体框架的长度；所述推拉机构与支撑板凸出触位相互作用，货架层在推拉机构的带动下实现移动，货架层有伸缩与固定两个状态。

3.根据权利要求1所述的一种基于物联网技术的输血相容性检测标本智能管理设备，其特征在于：所述三维坐标运动平台由丝杠模组驱动机构即X轴运动机构、与丝杠驱动轴垂直的同步带驱动机构即Z轴运动机构和与Z轴运动机构相垂直的同步带驱动机构即Y轴运动机构组成。

4.根据权利要求1所述的一种基于物联网技术的输血相容性检测标本智能管理设备，其特征在于：所述X轴运动机构采用丝杠模组传动，丝杠模组的运动是由步进电机通过联轴器与丝杠连接从而带动丝杠的转动，丝杠模组上的滑块同时受导轨和丝杠的约束，丝杠的转动转换为滑块的直线往复运动。

5.根据权利要求1所述的一种基于物联网技术的输血相容性检测标本智能管理设备，其特征在于：所述Y轴运动机构采用同步带传动，同步带传动的滑块与同步带和直线导轨相连，直线导轨约束滑块的运动，滑块在同步带的牵引下沿着直线导轨往复运动。

6.根据权利要求1所述的一种基于物联网技术的输血相容性检测标本智能管理设备，其特征在于：所述Z轴运动机构也采用同步带传动，包括两种同步带传动，分别是第一种同步带传动使Y轴运动机构沿Z方向往复运动和第二种同步带传动使横向推拉机构沿Z方向往复运动；第一种同步带传动中，铝型材构件的两端通过连接件分别与X轴运动机构上的滑块与固定于框架上的直线导轨上的滑块固定连接，直线导轨A通过螺栓固定在铝型材构件的中间位置，同步带轮的主动轮与从动轮分别固定于铝型材构件的两端，同步带连接从动轮与主动轮，同步带通过中间连接件与直线导轨A上的滑块固定，Y轴运动机构的铝型材构件的一端端部位置通过中间连接件与直线导轨A上的滑块固定，直线导轨A上的滑块与跟滑块固定的Y运动机构在同步带的牵引下沿Z方向往复直线运动；滑块与同步带和直线导轨相连，直线导轨安装于铝型材结构正中间，Y轴运动机构在垂直同步带的牵引下沿纵向往复运动；第二类同步带传动，其尺寸小于第一种同步带传送，固定构件与第一种同步带传动相同，为同一个铝型材构件，两条直线导轨沿铝型材构件长度方向通过螺栓连接分别固定于铝型材的两侧面的中间位置，推拉机构与位于铝型材两侧直线导轨上的滑轨固定连接，同步带轮的主动轮与从动轮也是固定于铝型材构件上且为同一侧，同步带连接主动轮与从动轮，同步带通过中间连接件与其中一个滑块固定连接，推拉机构在同步带牵引下沿着两条固定的直线导轨纵向往复运动；根据两种运动的负载不同，为避免同步带运动的干涉，第一类同步带传动采用大带轮传动，第二种同步带传动采用小带轮传动。

7.根据权利要求1所述的一种基于物联网技术的输血相容性检测标本智能管理设备，其特征在于：所述控制系统硬件还包括多个接近开关、多个光电开关和多个电磁吸盘；所述可编程逻辑控制器PLC的输入点通过导线与光电开关和接近开关的输出信号点相连，输出点通过导线与步进驱动器的脉冲输入、输出点和电磁吸盘的吸附控制信号输入点相连；

所述多个光电开关通过螺丝分别固定于三维运动平台的Y轴、Z轴运动机构和推拉机构上，每种运动机构上固定有三个光电开关分别对应左极限、原点和右极限位置；

所述多个接近开关通过螺丝固定于X轴运动机构及固定于支撑货架层的支撑结构端部，X轴运动机构的三个接近开关分别对应左极限、原点和右极限，固定于支撑结构端部的接近开关用于获取货架层移动到位信号；

所述电磁吸盘固定于支撑机构左右端部位置，用于吸附货架层，使货架层在初始位置与中间操作位置的固定；通过开关的输入信号判断三维坐标运动平台各运动机构的位置并用于限定运动机构的运动范围。

8.根据权利要求1所述的一种基于物联网技术的输血相容性检测标本智能管理设备，其特征在于：所述PLC的控制程序，包括三维运动平台控制程序、推拉机构的运动控制程序、标本夹持器的夹持控制程序和扫描模组读取条形码控制程序；

所述三维运动平台控制程序为控制X轴运动机构、Y轴运动机构和Z轴运动机构的运动使血液标本夹持器准确到达目标血液标本的位置；

所述推拉机构的运动控制程序为控制推拉机构的运动对目标血液标本所在的托盘进行输运使托盘能够在中间的存取区与初始固定区之间切换位置；

所述输血标本夹持控制程序包括控制旋转机构中步进电机的旋转和夹持机构中的丝杠步进电机的旋转，旋转机构的步进电机旋转使夹持机构能够任意角度旋转，并完成输血标本信息的读取，夹持机构的丝杠步进电机旋转通过带动丝杠螺母旋转及连杆机构的运动使夹持机构的末端二指实现张开与闭合；

所述读取条形码控制程序为命令方式触发扫描器扫描血液标本，PLC向条形码扫描模组发送开启扫描指令，条形码扫描模组在读取到输血检测标本的条形码信息后，将信息发送给PLC对应的寄存器中并判断信息是否是目标输血检测标本的信息，最后PLC向条形码扫描模组发送停止读取信息的指令。

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