CN2896264Y - 二自由度采样机构 - Google Patents

Abstract

本实用新型二自由度采样机构包括机座、升降动力件、偏转动力件、同步带、升降连接件、采样针滑块组件、偏转连接件、导向轴及偏转轴，该升降动力件及偏转动力件安装在该机座上，该同步带通过同步带轮竖直状安装在该机座上，该同步带轮与升降动力件联动，该升降连接件固定在同步带上并与采样针滑块组件联动，该偏转连接件与偏转动力件联动，该导向轴及偏转轴竖直状安装在该采样针滑块组件和该偏转连接件之间，且该采样针滑块组件活套在该导向轴和该偏转轴上。通过同步带传动采样针滑块组件沿导向轴垂直升降，从而使整个升降机构简单，节省了成本，而且通过同步带的设置，使该采样针滑块座在垂直方向具有较大的速度范围。

Description

二自由度采样机构

【技术领域】

本实用新型涉及血液细胞分析领域，尤其是关于一种用于驱动采样针运动的采样机构。

【背景技术】

在血液细胞分析中，需要通过采样针实现血液的采取，且该采集针通过传动机构实现水平和垂直两个方向的运动。现有的传动机构从运动方式上主要归纳为两种：垂直运动+水平直线运动和垂直运动+水平偏转运动，其中垂直运动多用滚珠丝杠传动、齿轮齿条传动和气缸驱动(需要提供一个独立气源)。

目前常见的垂直运动+水平运动机构一般来说就是由两个运动副构成，并且一个运动副可能在另一运动副上，该机构在垂直方向上一般有两种实现方式：1)采用齿轮传动，由齿轮和齿条组成；2)采用步进马达、同步皮带、滚珠丝杠和作为运动滑块的铝悬架构成的非刚性连接装置，而该机构在水平方向都采用同步带带动滑块沿光轴或水平导轨进行运动，属于水平直线运动的类型。对于垂直运动+水平偏转运动的机构，一般来说就是采用一个上下运动副，这个运动副同时又可绕其驱动丝杠或光轴进行偏转运动。

对比以上两类运动方式，“垂直运动+水平直线运动”的传动机构的运动空间相对较大，占用一定平面空间；而“垂直运动+偏转运动”的传动空间占用运动空间较小，所以该种方式被较广泛的采用。

现有的“垂直运动+偏转运动”的传动机构的结构如图1所示，该传动机构包括上下运动副及偏转运动副，上下运动副由步进电机1、同步带传动组件、滚珠丝杠副、运动拨叉和采样针滑块组件构成，偏转运动副由步进电机2、同步带传动组件、偏转组件和采样针滑块组件构成。

该传动机构的工作原理如下：步进电机1驱动同速比同步带传动组件3旋转，同步带传动组件带动丝杠4旋转，丝杠带动丝母，由于固定丝母上的运动拨叉5前端插入到采样针滑块组件6中，限制了旋转自由度，所以丝母只能通过螺牙转化成上下往复运动，即带动采样针组件沿光轴8进行垂直运动。步进电机2驱动减速同步带传动组件7旋转，同步带传动组件7带动旋转光轴8旋转，光轴8带动由上下偏转片、偏转杆构成的偏转组件偏转，从而带动采样针滑块组件6绕光轴8实现偏转运动。

但是该种传动机构存在如下缺点：

1、该机构垂直方向上采用滚珠丝杠副来实现传递运动，成本较高；如果换成滑动丝杠以降低成本角度，由于滑动丝杠副中丝母与丝杠存有间隙，当采样针穿刺胶塞时，其丝母将受到较大载荷，一是易发生自锁、二是要求驱动力矩大，故实现难度较大；

2、该机构采用滚珠丝杠副，由于小型标准滚珠丝杠副其导程不会大于8，这就限制了该机构垂直方向运动的最高速度，导致运行时间偏长，如果有时间要求的话，将不满足要求；

3、该机构运动拨叉固定在丝母上，而采样针与光轴8有一固定平行间距，即存在一个悬臂；当采样针穿刺胶塞时，将对滑块组件以运动拨叉为支点产生一个较大弯矩，由于采样针滑块组件采用单一直线轴承，其滑块组件相对光轴将产生一个角度，这时因为运动拨叉插入在其滑块槽中，与丝母一起需克服这个方向产生的力矩，对丝母将产生影响，局部摩擦扭矩增加，影响使用寿命。

【实用新型内容】

本实用新型的目的在于提供一种结构简单、成本较低且具有较大运动速度范围的二自由度采样机构。

本实用新型的目的是这样实现的：该二自由度采样机构包括机座、升降动力件、偏转动力件、同步带、升降连接件、采样针滑块组件、偏转连接件、导向轴及偏转轴，该升降动力件及偏转动力件安装在该机座上，该同步带通过同步带轮竖直状安装在该机座上，该同步带轮与升降动力件联动，该升降连接件固定在同步带上并与采样针滑块组件联动，该偏转连接件与偏转动力件联动，该导向轴及偏转轴竖直状安装在该采样针滑块组件和该偏转连接件之间，且该采样针滑块组件滑动安装在该导向轴和该偏转轴上。

所述的机座上还竖直状安装有直线导轨，该升降连接件滑动安装在该直线导轨上。

所述的升降连接件包括滑块、紧固件及运动拨叉，该滑块活套在该直线导轨上，并通过该紧固件与该同步带紧固一体，该运动拨叉固定在该滑块上并与采样针滑块组件联动。

所述的采样针滑块组件上设有卡槽，该升降连接件的输出端与该卡槽卡接。

所述的采样针滑块组件包括固连一体并活套在导向轴上的直线轴承、采样针本体座及滑套，该采样针本体座活套在该偏转轴上，该卡槽为设于该滑套外壁上的环形槽。

所述的升降动力件的输出轴与一减速机构的输入端连接，该减速机构的输出端与该同步带轮连接。

所述的同步带绷紧在两同步带轮上，位于下方的同步带轮安装在带轮座上，该带轮座上安装有用于防止同步带松脱的张紧调节组件。

所述的偏转动力件和升降动力件均为步进电机。

与现有技术相比，本实用新型具有如下优点：通过同步带传动采样针滑块组件沿导向轴垂直升降，从而使整个升降机构简单，节省了成本，而且通过同步带的设置，使该采样针滑块座在垂直方向具有较大的速度范围。

【附图说明】

图1是现有的二自由度采样机构的立体图。

图2至图4是本实用新型二自由度采样机构不同视角的轴侧图

图5是运动本实用新型二自由度采样机构进行采样时的结构图。

【具体实施方式】

请参阅图2至图5，本实用新型二自由度采样机构包括机座、采样针升降机构、升降连接件、采样针偏转机构、偏转连接件及采样针滑块组件。机座用于支撑整个采样机构，采样针升降机构用于带动升降连接件在竖直方向上下往复运动，升降连接件用于带动采样针滑块组件在竖直方向上下往复运动，采样针偏转机构用于带动偏转连接件水平转动，偏转连接件用于带动采样针滑块组件实现在水平面内的左右偏转，采样针滑块组件用于承载采样针。

机座包括竖直的侧板31及水平的顶板32和底板33，该顶板32和底板33分别安装在侧板31的顶端和底端。

采样针升降机构包括升降动力件1及与其输出端连接的同步带传动组件。该升降动力件1为步进电机1，该步进电机安装在侧板的顶部。该同步带传动组件分为两级，该第一级传动组件是由两个同步带轮2、3及一绷紧在该两同步带轮2、3上的同步带4组成的减速机构，该同步带轮2固套在步进电机1的输出轴上，该减速机构设置的目的是：一、让步进电机1的转速工作在非低速工作区，以减小电机1的震动和噪音；二、增大第二级传动输出扭矩，足够的满足采样针穿刺需求。第二级传动组件由两个相同的同步带轮51、52和一绷紧在该两同步带轮51、52上的同步带6组成，该同步带轮51与同步带轮3同轴而实现同步转动，该同步带轮52安装在一带轮座上，为防止同步带6松脱，在该带轮座上设置一个张紧调节器，由固定块8和螺丝9构成，它不但能在装配中完成对同步带6张力的微调，而且也能起到防止同步带6张紧松脱的作用。

升降连接件包括滑块11、运动拨叉12及紧固件10。该滑块11活套在一直线导轨29上，该直线导轨29竖直状安装在该机座1上，且该滑块11上还设置有零件槽，运动拨叉12即固定在该零件槽内，从而保证该运动拨叉12和滑块11之间的固定及刚性可靠。紧固件11为一开有与同步带6的相同齿形的皮带压紧片11，该压紧片11将同步带6和直线导轨29上的滑块11固定在一起，从而同步带6带动该滑块1沿着该直线导轨29实现上下往复运动。由于皮带夹紧片10开有齿形，当采样针21穿刺胶塞时，同步带6与滑块11不会相对滑动及相对位移，从而不会影响采样针的正常运动。

采样针滑块组件包括固定一体并活套在一导向轴17上的直线轴承13、采样针本体座15及滑套16，该滑套16的外壁上开有环形卡槽，运动拨叉12即卡在该卡槽中，实现该运动拨叉12与滑套16之间的非刚性连接，从而通过该运动拨叉12带动该采样针滑块组件上下往复运动。

采样针偏转机构包括偏转动力件7、偏转下片19、偏转上片20及偏转轴18。该偏转动力件7如步进电机7，该步进电机7安装在机座底板33的下方，且其电机轴71向上伸出该底板33。偏转下片19固定在电机轴71的顶端，导向轴17竖直状放置，其底部固定在偏转下片19上，其顶部通过轴承可转动安装在机座的顶板32上，偏转轴18竖直状放置，其底部固定在该偏转下片19上，其顶部固定在偏转上片20上，该偏转上片20固套在导向轴17上并位于采样针滑块组件和顶板33之间。该导向轴17与步进电机7的电机轴71同轴线，该偏转轴18与导向轴17的轴线平行，采样针滑块组件同时活套在该导向轴17和偏转轴18上。当步进电机7驱动时，偏转机构相应转动，这时偏转轴18将带动采样针本体座15绕导向轴17转动，从而实现采样针的偏转运动。采样针21通过固定螺钉14安装在采样针本体座15上，并竖直向下穿出偏转下片19。在本实施方式中，偏转连接件即为该偏转下片19；该导向轴17、偏转轴18、偏转下片19及偏转上片20构成一个支架形式的结构。

传感器26和传感器28是上下运动感应用传感器，其均安装在支架27上。传感器26是上升位零位传感器，采样针机构每动作一个上升动作，都要对此传感器归零，确保上升控制电机1误差不累积；传感器28为采样针穿越传感器，对不同高度的试管，当采样针刺穿它们的试管盖帽后，会发出一个信号，告知系统穿越成功，反之，将报故障，机构不执行下一步。

右位传感器22和左位传感器23是偏转位置感应用传感器，其均与统一偏转感应片24对应。为保证采样机构偏转动作工作零位(初始位)的唯一性，偏转感应片24设计成特殊的双层感应机构，其下层结构中只开有一个感应孔，该感应孔对应右位感应器22，该右位感应器22除了控制机器起动后采样机构偏转初始位外，同时在采样机构正常工作运行到右位时，检测其是不是在右位；偏转感应片24的上层结构中开有两个感应孔，对应左位感应器23，实际上，该左位感应器23在采样机构正常工作运行到中位或左位时，通过上片两个不同位置孔进行正常的检测判断。从上述设置中，两个传感器感应不同的层面，完全独立开来，避免了互相影响，同时零位的控制只需一个传感器，并且只有一个感应位，确保了采样机构偏转动作零位(初始位)的唯一性。

附图5中，21为采样针、14为采样针固定螺钉，支架25用于走液路管，支架27被用于固定安装传感器26、28。

本实用新型二自由度的采样机构工作过程如下：

1、上升初始化    机器启动后，采样针滑块组件先寻找上初始零位；当装在滑块11侧面遮光片不在传感器26的感应区间内时，步进电机1驱动滑块11将自动上升运动至传感器26对应位置处；当遮光片在传感器26感应区间内时，滑块先向下运动一特定距离后，再向上运动至传感器26对应感应处，保证上起始零位精确。

2、偏转初始化    当上升初始化完成后，偏转机构将寻找偏转初始零位；当偏转感应片24下层板开孔不在右位传感器22区间内，步进电机7将驱动偏转机构逆时针旋转至右位传感器22对应感应处，然后再顺时针旋转90度到中位，此时偏转感应片24上层板相应孔在左位传感器23感应区间内，否则，将报故障；当偏转感应片24下层板开孔在右位传感器22区间内，偏转机构先顺时针旋转一特定角度，再逆时针旋转运动至作位传感器22对应感应处，后续动作同上。

3、采样    在采样机构下方的样本座40中放入待检试样管41，并合上样本门，按下机器上对应执行按键后，步进电机1驱动采样针滑块组件向下运动，即带动采样针21向下运动；当采样针向下刺穿试样管盖帽42后并向下再运动一定距离时，滑块11侧面安装感应片将触发穿越传感器28，告知控制系统穿越成功；如果采样针没有刺穿试样管盖帽，感应片将触发不到穿越传感器28，系统将报穿越失败故障提示；正常穿越成功后，采样针21将下到试样管底部并停留一定时间待吸样完成后，步进电机1反向驱动采样针滑块组件带动采样针上升，其动作等同上升初始化动作(传感器26判断控制)。

4、左池打样    当采样针组件上升到上升初始零位后，步进电机1停止驱动，步进电机7将开始驱动偏转机构带动采样针21顺时针旋转90度到左池上方，步进电机7停止，此时偏转感应片24上层板另一孔处在作位传感器23的感应条件下，电机1驱动采样针滑块组件带动采样针21向下运动到左池特定高度，并停留一定时间排出一定量的试样后，反向上升进行上升初始化动作(传感器26判断控制)。

5、右池打样    当采样针组件上升到上升初始零位后，步进电机1停止驱动，步进电机7将开始驱动偏转机构带动采样针21逆时针旋转180度到右池上方，步进电机7停止，此时偏转感应片24下层板开孔处在右位传感器22的感应条件下，步进电机1驱动采样针滑块组件带动采样针21向下运动到右池特定高度，并停留一定时间排出剩余的试样后，反向上升进行上升初始化动作(传感器26判断控制)。

6、回归采样位    当采样针组件上升到上升初始零位后，步进电机1停止驱动，步进电机7将开始驱动偏转机构带动采样针21顺时针旋转90度到采样上方，步进电机7停止，此时偏转感应片24上层板相应孔处在左位传感器24的感应区间，采样机构完成一个工作周期，等待从下一个试样管中采样分配。

本实用新型直接采用同步带带动滑块运动，节省了一套丝杠和螺母组件，既降低了成本，又保证了其性能和质量。本实用新型采用同步带传动，速度范围相比较大，运行速度不存在障碍。本实用新型采用一个直线导轨29，运动拨叉12固定在活套在该直线导轨29上的滑块11上，该滑块11可承受各方向扭矩远大于实际载荷，刚性较大，具有较长的使用寿命，而且也限制了采样针滑块组件与导向轴18之间的角度，使采样针穿刺胶塞时产生的弯矩大部分加载到运动拨叉12及直线导轨滑块11上，改善了直线轴承的应用条件，增加了直线轴承和导向轴应用寿命。

Claims (9)

1.一种二自由度采样机构，其特征在于：它包括机座、升降动力件、偏转动力件、同步带、升降连接件、采样针滑块组件、偏转连接件、导向轴及偏转轴，该升降动力件及偏转动力件安装在该机座上，该同步带通过同步带轮竖直状安装在该机座上，该同步带轮与升降动力件联动，该升降连接件固定在同步带上并与采样针滑块组件联动，该偏转连接件与偏转动力件联动，该导向轴及偏转轴竖直状安装在该采样针滑块组件和该偏转连接件之间，且该采样针滑块组件滑动安装在该导向轴和该偏转轴上。

2.如权利要求1所述的二自由度采样机构，其特征在于：所述的机座上还竖直状安装有直线导轨，该升降连接件滑动安装在该直线导轨上。

3.如权利要求2所述的二自由度采样机构，其特征在于：所述的升降连接件包括滑块、紧固件及运动拨叉，该滑块活套在该直线导轨上，并通过该紧固件与该同步带紧固一体，该运动拨叉固定在该滑块上并与采样针滑块组件联动。

4.如权利要求1或3所述的二自由度采样机构，其特征在于：所述的采样针滑块组件上设有卡槽，该升降连接件的输出端与该卡槽卡接。

5.如权利要求4所述的二自由度采样机构，其特征在于：所述的采样针滑块组件包括固连一体并活套在导向轴上的直线轴承、采样针本体座及滑套，该采样针本体座活套在该偏转轴上，该卡槽为设于该滑套外壁上的环形槽。

6.如权利要求1所述的二自由度采样机构，其特征在于：所述的升降动力件的输出轴与一减速机构的输入端连接，该减速机构的输出端与该同步带轮连接。

7.如权利要求1所述的二自由度采样机构，其特征在于：所述的同步带绷紧在两同步带轮上，位于下方的同步带轮安装在带轮座上，该带轮座上安装有用于防止同步带松脱的张紧调节组件。

8.如权利要求1所述的二自由度采样机构，其特征在于：所述的偏转动力件和导向轴同轴安装在偏转连接件上。

9.如权利要求1所述的二自由度采样机构，其特征在于：所述的偏转动力件和升降动力件均为步进电机。

Images