CN211878001U - 移液机械臂机构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种移液机械臂机构，包括：X向驱动组件、Z向驱动组件、弹性组件和移液组件；所述Z向驱动组件包括Z向电机、Z向导轨以及Z向滑块；所述移液组件通过所述弹性组件连接在所述Z向滑块上，所述弹性组件包括固接在所述Z向滑块上的安装壳、可滑动设置在所述Z向导轨上且处于所述Z向滑块正下方的转接块以及设置在所述转接块和Z向滑块之间的压簧。本实用新型的X向驱动组件使用步进电机与同步带结构，配合磁栅尺，可以通过低成本实现高移速高精度的目的，且不存在累计误差的问题；Z向驱动组件使用步进电机与丝杆螺母结构，刚度高，精度高；通过设置弹性组件，可自动适应Tip盒的变形，控制简单效果稳定可靠。

Description

移液机械臂机构

技术领域

本实用新型涉及医疗器械体外诊断领域，特别涉及一种移液机械臂机构。

背景技术

二维机械臂是体外诊断领域一种常见运动机构，通过两个串联的直线运动机构，可以将负载移动到一定大小的平面中的任一个位置。

机械臂主要的性能指标有两点，一是移动速度，二是运动精度。比较常用的传动方式有链传动、带传动与丝杆螺母副传动，其中链传动能承担较重载荷，在医疗器械中相对使用较少，带传动成本较低但精度较差，丝杆螺母副传动精度高刚度高，但成本较高。带传动的移动速度为带轮的节圆周长与电机的转速的乘积，丝杆螺母副传动的移动速度为丝杆导程与电机转速的乘积，显然当电机转速一定时，带传动速度远大于丝杆螺母副传动。

在医疗检测设备中，通常采用二维机械臂带动移液机构进行移液作业(如取样、加样、加试剂等)。移液机构一般包括移液枪，进行取样或加试剂前需先扎取一次性Tip头(以下简称Tip)，以防止交叉污染。二维机械臂带动移液枪扎取Tip时需要对Tip施加一定大小范围内的压力，过大过小都会出现问题，但Tip盒的不同位置在承受相同的压力时会出现不同的变形(下陷)，因此要求竖直运动机构在保持足够刚性的同时，可以自动适应不同位置的变形量，在不同变形量处均能很好的扎取Tip。现有技术中用于移液的二维机械臂往往存在由于机构设计布置不合理而造成结构复杂、体积大等问题，另外现在的移液枪通常是与二维机械臂刚性连接，缺少自动适应功能。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种移液机械臂机构。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种移液机械臂机构，包括：X向驱动组件、Z向驱动组件、弹性组件和移液组件；

所述Z向驱动组件包括Z向电机、Z向导轨以及Z向滑块，所述Z向电机用于驱动所述Z向滑块在所述Z向导轨上运动；

所述移液组件通过所述弹性组件连接在所述Z向滑块上，所述弹性组件包括固接在所述Z向滑块上的安装壳、可滑动设置在所述Z向导轨上且处于所述Z向滑块正下方的转接块以及设置在所述转接块和Z向滑块之间的压簧，所述转接块设置在所述安装壳内部，且相对于所述安装壳可沿Z向滑动；所述移液组件固接在所述转接块上。

优选的是，所述Z向滑块的下表面和转接块的上表面均开设有用于安装所述压簧的盲孔。

优选的是，还包括支架，所述支架包括支座、固接在所述支座上的水平支撑板、固接在所述水平支撑板上的竖直支撑板以及连接在所述水平支撑板和竖直支撑板之间的加强角座。

优选的是，所述X向驱动组件包括设置在所述竖直支撑板上的X向导轨、设置在所述竖直支撑板上的X向电机、与所述X向电机的输出轴驱动连接的X向主动带轮、设置在所述竖直支撑板上且通过X向皮带与所述X向主动带轮连接的X向从动带轮以及可滑动设置在所述X向导轨上且与所述X向皮带连接的X向滑块。

优选的是，所述竖直支撑板上沿X向设置有磁栅尺，所述X向滑块上连接有用于与所述磁栅尺配合的读磁头。

优选的是，所述X向滑块上固接有竖直安装板，所述竖直安装板的顶端固接有上安装板；所述Z向导轨固接在所述竖直安装板上，所述Z向电机固接在所述上安装板上。

优选的是，所述Z向驱动组件还包括可转动设置在所述上安装板上的丝杆、与所述Z向电机的输出轴驱动连接的Z向主动带轮、固接在所述丝杆顶端的Z向从动带轮以及设置在所述Z向主动带轮和Z向从动带轮之间的Z向皮带。

优选的是，所述Z向滑块上开设有与所述丝杆螺纹配合的螺纹孔，所述转接块上开设有供所述丝杆穿过的光孔；

所述竖直安装板的底端固接有下安装板，所述丝杆的底端可转动设置在所述下安装板上。

优选的是，所述竖直支撑板上设置有X向零点光耦，所述X向滑块上设置有与其配合的X向光耦挡片；所述竖直安装板上设置有Z向零点光耦，所述Z向滑块上设置有与其配合的Z向光耦挡片。

优选的是，所述安装壳的底板上开设有供所述丝杆穿过的第一开槽，其侧板上开设有第二开槽，所述第二开槽内穿设有用于将所述移液组件固接在所述转接块上的连接板；

所述底板的上表面还设置有导向柱，所述转接块的底部开设有供所述导向柱配合插入的导向孔。

本实用新型的有益效果是：

(1)本实用新型的X向驱动组件使用步进电机与同步带结构，配合磁栅尺，可以通过低成本实现高移速高精度的目的，且不存在累计误差的问题；

(2)本实用新型的Z向驱动组件使用步进电机与丝杆螺母结构，刚度高，精度高；

(3)本实用新型通过设置弹性组件，可自动适应Tip盒的变形，控制简单效果稳定可靠。

(4)本实用新型通过合理的机构设计和布置，使整体机构体积小、结构简单。

附图说明

图1为本实用新型的实施例1中的移液机械臂机构的结构示意图；

图2为本实用新型的实施例1中的X向驱动组件的结构示意图；

图3为本实用新型的实施例1中的Z向驱动组件的结构示意图；

图4为本实用新型的实施例1中的Z向驱动组件卸去安装壳后的结构示意图；

图5为本实用新型的实施例1中的弹性组件的结构示意图；

图6为本实用新型的实施例1中的安装壳的结构示意图；

图7为本实用新型的实施例2中的安装壳的结构示意图；

图8为本实用新型的实施例3中的滑动引导机构的结构示意图。

附图标记说明：

1—支架；10—支座；11—水平支撑板；12—竖直支撑板；13—加强角座；14—磁栅尺；15—读磁头；16—惰轮安装座；

2—X向驱动组件；20—X向导轨；21—X向电机；22—X向主动带轮；23—X向皮带；24—X向从动带轮；25—X向滑块；26—X向零点光耦；27—X向光耦挡片；

3—Z向驱动组件；30—Z向电机；31—Z向导轨；32—Z向滑块；33—丝杆；34—Z向主动带轮；35—Z向从动带轮；36—Z向皮带；320—螺纹孔；

4—弹性组件；40—安装壳；41—转接块；42—压簧；43—盲孔；410—光孔；400—底板；401—侧板；402—第一开槽；403—第二开槽；404—导向柱；410—连接板；

5—移液组件；50—ADP安装座；51—ADP；52—移液枪；

6—竖直安装板；60—上安装板；61—下安装板；62—Z向零点光耦；63—Z向光耦挡片；

7—滑动引导机构；70—安装孔；71—套筒；72—顶杆；73—滚轮；74—弹簧；75—横向板；76—竖向板；77—转轴。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

实施例1

如图1-6所示，本实施例的一种移液机械臂机构，包括：X向驱动组件2、Z向驱动组件3、弹性组件4和移液组件5；

Z向驱动组件3包括Z向电机30、Z向导轨31以及Z向滑块32，Z向电机30用于驱动Z向滑块32在Z向导轨31上运动；

移液组件5通过弹性组件4连接在Z向滑块32上，弹性组件4包括固接在Z向滑块32上的安装壳40、可滑动设置在Z向导轨31上且处于Z向滑块32正下方的转接块41以及设置在转接块41和Z向滑块32之间的压簧42，转接块41设置在安装壳40内部，且相对于安装壳40可沿Z向滑动；移液组件5固接在转接块41上。

本实用新型可主要应用在自动化检测仪器中(如免疫分析仪)，进行自动移液作业(如取样、加样、加试剂等)，通过X向驱动组件2、Z向驱动组件3带动移液组件5进行二维运动，以在指定的工作位置进行各项移液工作。移液组件5包括ADP(气动泵)安装座50、ADP51以及移液枪52，通过移液枪52吸取液体，且吸取液体前先吸取一次性Tip头，然后再取液。

该移液机械臂机构还包括支架1，支架1包括支座10、固接在支座10上的水平支撑板11、固接在水平支撑板11上的竖直支撑板12以及连接在水平支撑板11和竖直支撑板12之间的加强角座13。

X向驱动组件2包括设置在竖直支撑板12上的X向导轨20、设置在竖直支撑板12上的X向电机21、与X向电机21的输出轴驱动连接的X向主动带轮22、设置在竖直支撑板12上且通过X向皮带23与X向主动带轮22连接的X向从动带轮24以及可滑动设置在X向导轨20上且与X向皮带23连接的X向滑块25。竖直支撑板12上固接有惰轮安装座16，其上设置安装销，X向从动带轮24安装在安装销上。

竖直支撑板12上沿X向设置有磁栅尺14，X向滑块25上连接有用于与磁栅尺14配合的读磁头15。读磁头15可以读取磁栅尺14信号，实时反馈X向滑块25的位置。

X向滑块25上固接有竖直安装板6，竖直安装板6的顶端固接有上安装板60；Z向导轨31固接在竖直安装板6上，Z向电机30固接在上安装板60上。

Z向驱动组件3还包括可转动设置在上安装板60上的丝杆33、与Z向电机30的输出轴驱动连接的Z向主动带轮34、固接在丝杆33顶端的Z向从动带轮35以及设置在Z向主动带轮34和Z向从动带轮35之间的Z向皮带36。Z向滑块32上开设有与丝杆33螺纹配合的螺纹孔320，转接块41上开设有供丝杆33穿过的光孔410；竖直安装板6的底端固接有下安装板61，丝杆33的底端可转动设置在下安装板61上。本实施例中，Z向驱动组件3通过主动带轮、皮带、从动带轮带动丝杆33转动，利用与丝杆33螺纹配合的Z向滑块32转换为Z向的直线运动，从而实现移液组件5的Z向直线运动。Z向驱动组件3采用刚度较大的丝杆33螺母传动，保证了正常吸液注液时竖直方向的运动。

其中，安装壳40的底板400上开设有供丝杆33穿过的第一开槽402，其侧板401上开设有第二开槽403，第二开槽403内穿设有用于将移液组件5固接在转接块41上的连接板410；Z向滑块32的下表面和转接块41的上表面均开设有用于安装压簧42的盲孔43。本实施例中，压簧42包括对称丝杆33设置的2个。压簧42预先压缩，安装在盲孔43内，处于Z向滑块32和转接块41之间。

Z向驱动组件3需要带动移液枪52扎取Tip，扎取过程需要对Tip施加一定大小范围内的压力，压力大小需适宜，过大会造成Tip盒过度下陷甚至损坏，过小则无法成功扎取上Tip。且Tip盒(用于存储供应Tip)的不同位置在承受相同的压力时会出现不同的变形(下陷)，因此要求竖直运动机构在保持足够刚性的同时，可以自动适应不同位置(主要是刚性不同的位置)的变形量，即在不同的位置扎取力能自动适应调整。本实用新型中通过设置弹簧74组件，在移液枪52扎取Tip时，能自动适应Tip盒的变形。在无负载状态下，压簧42的预紧力将转接块41向下紧压在安装壳40的底板400上，转接块41和Z向滑块32相对位置保持不变；移液枪52扎取Tip时，扎取力大于压簧42预紧力，转接块41与安装壳40的底板400脱离，向上滑动，扎取Tip的力等于移液组件5的重力与压簧42内应力的合力，选择合适弹性系数的压簧42，即可保证在同样的扎取高度下，转接块41可以自动适应Tip盒的不同变形量，扎取Tip时压簧42的压缩量会依据Tip盒的不同变形量自动调整，使扎取力仍保持在合适范围内。每次扎取Tip时，Z向滑块32的竖直位置是固定的，例如，扎取Tip位置在刚性较大的部位时，Tip盒会下陷浅一些，Z向滑扎取Tip运动到扎取Tip位置时，压簧42的压缩量会大一些，转接块41的竖直位置会高一些；当扎取Tip位置在刚性较小的部位时，Tip盒会下陷深一些，Z向滑扎取Tip运动到扎取Tip位置时，压簧42的压缩量会小一些，转接块41的竖直位置会底一些；从而使对于不同变形量位置进扎取Tip时，均能保证合适范围的扎取力。

另一方面，通过设置弹簧74组件还能实现移液枪52与移液对象之间的柔性接触，既能保证移液顺利进行，又能保护移液枪52与移液对象。具体的例如，对试管中的药剂进行取样时，移液枪52先扎取Tip，然后需要移液枪52上的Tip能插入试管底部，但又需避免刚性碰撞造成试管或是一次性移液枪52头损坏；此时，Z向滑块32带动转接块41向下移动，移液枪52上的Tip接触到试管底部后，Z向滑块32若没有停止而继续向下运动时会压缩压簧42，Tip顶在试管底部不再移动，通过弹簧74的缓存作用大大降低了Tip对试管的碰撞，防止损坏；且又能保证完全吸取试管中的药剂。

其中，竖直支撑板12上设置有X向零点光耦26，X向滑块25上设置有与其配合的X向光耦挡片27，以实现X向零点定位。竖直安装板6上设置有Z向零点光耦62，Z向滑块32上设置有与其配合的Z向光耦挡片63，以实现Z向零点定位。

实施例2

参照图7，在实施例1的基础上的进一步优选的实施例，其中，底板400的上表面还设置有导向柱404，转接块41的底部开设有供导向柱404配合插入的导向孔(图中未示出)。转接块41相对安装壳40滑动时，导向柱404在导向孔内滑动，实现导向，进一步保证转接块41的轴向直线，避免水平方向的晃动，保证移液工作的顺利进行。

实施例3

参照图8，在实施例1或实施例2的基础上的进一步优选的实施例，转接块41的与安装壳40内壁接触的两侧壁上均设置有一个滑动引导机构7。转接块41两侧壁上开设有安装孔70，

滑动引导机构7包括固接在安装孔70内的套筒71、可滑动设置在套筒71内的顶杆72、枢接在顶杆72的外端的滚轮73以及连接在顶杆72的内端和安装孔70的内壁之间的弹簧74。顶杆72外端连接有横向板75，横向板75两端固接两竖向板76，滚轮73通过转轴77枢接在两竖向板76之间。在弹簧74的弹力作用下，滚轮73外端与安装壳40内壁接触。一方面通过对称两端的滚轮73的挤压限位能进一步防止转接块41出现水平方向的晃动(主要是在长期使用后，转接块41与Z向导轨31之间可能出现间隙，而影响转接块41的直线滑动)，保证其轴向的直线运动，保证移液顺利进行，且滚轮73与安装壳40内壁之间摩擦力小，对滑动影响小；同时对转接块41相对于安装壳40的滑动进行引导，保证顺畅稳定滑动。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

尽管本实用新型的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本实用新型的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本实用新型并不限于特定的细节。

Claims (10)

1.一种移液机械臂机构，其特征在于，包括：X向驱动组件、Z向驱动组件、弹性组件和移液组件；

所述Z向驱动组件包括Z向电机、Z向导轨以及Z向滑块，所述Z向电机用于驱动所述Z向滑块在所述Z向导轨上运动；

所述移液组件通过所述弹性组件连接在所述Z向滑块上，所述弹性组件包括固接在所述Z向滑块上的安装壳、可滑动设置在所述Z向导轨上且处于所述Z向滑块正下方的转接块以及设置在所述转接块和Z向滑块之间的压簧，所述转接块设置在所述安装壳内部，且相对于所述安装壳可沿Z向滑动；所述移液组件固接在所述转接块上。

2.根据权利要求1所述的移液机械臂机构，其特征在于，所述Z向滑块的下表面和转接块的上表面均开设有用于安装所述压簧的盲孔。

3.根据权利要求1所述的移液机械臂机构，其特征在于，还包括支架，所述支架包括支座、固接在所述支座上的水平支撑板、固接在所述水平支撑板上的竖直支撑板以及连接在所述水平支撑板和竖直支撑板之间的加强角座。

4.根据权利要求3所述的移液机械臂机构，其特征在于，所述X向驱动组件包括设置在所述竖直支撑板上的X向导轨、设置在所述竖直支撑板上的X向电机、与所述X向电机的输出轴驱动连接的X向主动带轮、设置在所述竖直支撑板上且通过X向皮带与所述X向主动带轮连接的X向从动带轮以及可滑动设置在所述X向导轨上且与所述X向皮带连接的X向滑块。

5.根据权利要求4所述的移液机械臂机构，其特征在于，所述竖直支撑板上沿X向设置有磁栅尺，所述X向滑块上连接有用于与所述磁栅尺配合的读磁头。

6.根据权利要求4所述的移液机械臂机构，其特征在于，所述X向滑块上固接有竖直安装板，所述竖直安装板的顶端固接有上安装板；所述Z向导轨固接在所述竖直安装板上，所述Z向电机固接在所述上安装板上。

7.根据权利要求6所述的移液机械臂机构，其特征在于，所述Z向驱动组件还包括可转动设置在所述上安装板上的丝杆、与所述Z向电机的输出轴驱动连接的Z向主动带轮、固接在所述丝杆顶端的Z向从动带轮以及设置在所述Z向主动带轮和Z向从动带轮之间的Z向皮带。

8.根据权利要求7所述的移液机械臂机构，其特征在于，所述Z向滑块上开设有与所述丝杆螺纹配合的螺纹孔，所述转接块上开设有供所述丝杆穿过的光孔；

所述竖直安装板的底端固接有下安装板，所述丝杆的底端可转动设置在所述下安装板上。

9.根据权利要求7所述的移液机械臂机构，其特征在于，所述竖直支撑板上设置有X向零点光耦，所述X向滑块上设置有与其配合的X向光耦挡片；所述竖直安装板上设置有Z向零点光耦，所述Z向滑块上设置有与其配合的Z向光耦挡片。

10.根据权利要求7所述的移液机械臂机构，其特征在于，所述安装壳的底板上开设有供所述丝杆穿过的第一开槽，其侧板上开设有第二开槽，所述第二开槽内穿设有用于将所述移液组件固接在所述转接块上的连接板；

所述底板的上表面还设置有导向柱，所述转接块的底部开设有供所述导向柱配合插入的导向孔。

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