一种生物芯片加样机械手制造技术

一种生物芯片加样机械手，机械手直线运动框架由普通板材、型材加工后与精密滚珠丝杠副和直线导轨组成。该机械手构紧凑，加样精度高、速度快，适应性好，取代了传统的移液器，提高了加样效率，解决了多针头加样针头浪费的问题，缩短了芯片检测分析周期。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种生物芯片加样机械手，适用生物领域。
技术介绍
随着社会的发展和工业技术水平的不断进步，机械手在生产中得到广泛应用，促进了工业生产的自动化。由于工作条件的原因，人们经常受到高温、腐蚀及有毒气体等因素的危害，增加了工人的劳动强度，甚至于危及生命,为了解决这些问题机械手就诞生了。机械手是工业机器人系统中传统的任务执行机构，是机器人的关键部件之一。其中的工业机械手是近代自动控制领域中出现的一项新技术，它的发展是由于其积极作用正日益为人们所认识：它能部分地代替人工操作；能按照生产工艺的要求，遵循一定的程序、时间和位置来完成工件的传送和装卸；能制作必要的机具进行焊接和装配从而大大改善工人的劳动条件，显著地提高劳动生产率，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。生物芯片是指在固态基片上制造二维密集分子探针阵列，主要功能是与加入标记的样品分子进行杂交，杂交反应结束后清洗芯片，通过检测留在每个分子上的杂交信号获取样品分子的数量和序列信息，从而进行高通量、大规模、平行化、集成化的信息处理和分析研究，广泛用于生命科学、医学、化学、新药开发、司法鉴定、食品和环境卫生监督等领域。生物芯片中样品的加入(简称加样)作为芯片检测过程中必不可少的一个环节，要求速度高、效率高、精度高，是影响生物芯片检测周期长短和杂交反应效果好坏的重要因素之一。目前大多数生物医疗单位采用移液器加样，由于其加样速度低、精度低、劳动强度大等原因已经很难满足芯片技术的发展要求。
技术实现思路
本专利技术提供一种生物芯片加样机械手，构紧凑，加样精度高、速度快，适应性好，取代了传统的移液器，提高了加样效率，解决了多针头加样针头浪费的问题，缩短了芯片检测分析周期。本专利技术所采用的技术方案是：机械手直线运动框架由普通板材、型材加工后与精密滚珠丝杠副和直线导轨组成。由于机械手加样时频繁启停，采用直流有刷电机作为驱动元件存在寿命问题；采用光电编码器作为反馈元件的交流伺服电机，精度虽然较高，但由于机械手电机相对较多，成本很高。兼顾精度与成本，选择日本东方PK系列2相高分辨型步进电机作为驱动元件，电机不经减速器直接与HIWIN精密线性模组相连，既获得了较高的直线速度，又获得了较高的分辨率，同时各方向采用导向机构导向，针头具有较高的直线运动精度。由于芯片盒中芯片的间距只有9mm，如果将所有加样模块全部安装在一副滚珠丝杠上，由于受到z向电机安装尺寸和输出扭矩的影响，各模块之间结构上会产生干涉，因此8个加样模块交错分布在X轴的两侧，并且同侧相邻模块的z向驱动电机交错安装在模块板的上下位置，这样每个电机就可有两个模块厚度(18mm)的安装空间，既解决了电机安装空间不足的问题，同时也能保证8个针头中心在同—平面上。8个加样模块交错分布在x轴2侧针头，因此针头石向运动采用两幅滚珠丝杠来实现。此外由于y向运动机构承载8个加样模块，运动工作载荷较重，故结构上采用龙门形式。每个加样模块由于x向驱动电机安装空间的影响，除了电机安装位置不同之外，结构上基本相似。针头石方向的运动是电机通过同步带轮传动，带动滚珠丝杠副实现；针头在y、z方向是通过电机直接驱动滚珠丝杠副实现。样品的吸取与加入采用Hamilton公司生产的lμL液相平头微量进样器，选用精密滚珠丝杠副驱动，保证了吸样、加样的精度。每个模块都安装独特的去针头机构。所述机械手采用8个加样针头模块，针头间距可调，且每个针头模块可以独立完成加样。这些针头既可以联动实现多针同时加样，又可以根据芯片分布情况单针或几针选择性加样，不仅可以提高加样效率，减少针头浪费，而且可以适应不同间距的试管架。所述的二极管抓取机械手主要由左右移栽部件、升降部件、一维滑台机构与机械手末端执行机构(手爪)组成。所述机械手的移栽部件主要由无杆气缸、直线导轨副、安装板、滑块、油压缓冲器、立柱、右限位块与限位气缸等组成。工作原理是通过直线导轨副和无杆气缸通气后，驱动机械手左右直线移动。因为二极管的取料位相同。而点火线圈的种类不同，不同点火线圈的二极管装配位相对于装配基准在x方向存在着0.5mm偏差，所以左右移栽部件在X方向存在着3个极限位，即一个左极限位(取料位)与两个右极限位(装配位)。因此设计了限位气缸10驱动右限位块伸缩实现无杆气缸的两个右极限位，、右限位面1、2相差O.5mm。所述机械手的X方向的每根丝杠上安放了4个加样模块。针头在x方向运动时，如果丝杠通过主动旋转来带动加样模块运动，则只能实现4个功能块在X向同时运动，无法实现单个加样模块的独立运动。因此在x方向运动传递设计中，给每个加样模块的侧面板上安装了两个半限位环，半限位环和丝杠螺母相配合，移动螺母通过内六角螺钉和同步带轮连接。当电机驱动同步带轮转动时，丝杠螺母产生相应的旋转。沿着丝杠方向直线移动。若丝杠螺母沿x轴正向移动，则丝杠螺母通过半限位环拉动加样模块侧面板正向移动；反之，丝杠螺母直接推动加样模块侧面板实现x轴反向移动。本专利技术的有益效果是：构紧凑，加样精度高、速度快，适应性好，取代了传统的移液器，提高了加样效率，解决了多针头加样针头浪费的问题，缩短了芯片检测分析周期。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。图1是本专利技术的机械手整体结构主视图。图2是本专利技术的机械手整体结构左视图。图3是本专利技术的机械手的单个加样模块结构图。图4是本专利技术的机械手的X轴运动传递结构图。图中：1.Y向线性模组；2.X方向滚珠丝杠副；3.Z向驱动电机；4.X向导向杆；5.T型支架；6.Y向滚珠丝杠副；7.—个加样模块；8.Y向导向导轨副；9.X向驱动电机；10.加样针头；；11.加样模块侧面板；12.X向主动同步带轮；13.X向从动同步带轮；14.X向导向套；15.Z向驱动电机；16.联轴器；17.Z向滚珠丝杠副；18.蓐t头升降侧面板；19.加样驱动电机；20.加样滚珠丝杠副；21．微量进样器活塞驱动杆；22.液相平头微量进样器；23.去针头架机构；24.去针头电机；25.Z向导向轮机构；26.同步带轮；27.丝杠螺母；28.加样模块侧面板；29.半限位环。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明。如图1、图2，机械手直线运动框架由普通板材、型材加工后与精密滚珠丝杠副和直线导轨组成。由于机械手加样时频繁启停，采用直流有刷电机作为驱动元件存在寿命问题；采用光电编码器作为反馈元件的交流伺服电机，精度虽然较高，但由于机械手电机相对较多，成本很高。兼顾精度与成本，选择日本东方PK系列2相高分辨型步进电机作为驱动元件，电机不经减速器直接与HIWIN精密线性模组相连，既获得了较高的直线速度，又获得了较高的分辨率，同时各方向采用导向机构导向，针头具有较高的直线运动精度。由于芯片盒中芯片的间距只有9mm，如果将所有加样模块全部安装在一副滚珠丝杠上，由于受到z向电机安装尺寸和输出扭矩的影响，各模块之间结构上会产生干涉，因此8个加样模块交错分布在X轴的两侧，并且同侧相邻模块的z向驱动电机交错安装在模块板的上下位置，这样每个电机就可有两个模块厚度(18mm)的安装空间，既解决了电机安装空间不足的问题，同时也能保证8个针头中心在同—平面上。8个加样模块交错分布在x轴2侧针头，因此针头石向运动采用两幅滚珠丝杠来实现。此外由于本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种生物芯片加样机械手，其特征是：所述的机械手直线运动框架由普通板材、型材加工后与精密滚珠丝杠副和直线导轨组成。

【技术特征摘要】
1.一种生物芯片加样机械手，其特征是：所述的机械手直线运动框架由普通板材、型材加工后与精密滚珠丝杠副和直线导轨组成。2.根据权利要求1所述的一种生物芯片加样机械手，其特征是：所述选择日本东方PK系列2相高分辨型步进电机作为驱动元件，电机不经减速器直接与HIWIN精密线性模组相连，既获得了较高的直线速度，又获得了较高的分辨率，同时各方向采用导向机构导向，针头具有较高的直线运动精度。3.根据权利要求1所述的一种生物芯片加样机械手，其特征是：所述的机械手的8个加样模块交错分布在X轴的两侧，并且同侧相邻模块的z向驱动电机交错安装在模块板的上下位置，这样每个电机就可有两个模块厚度(18mm)的安装空间。4.根据权利要求1所述的一种生物芯片加样机械手，其特征是：所述的机械手每个加样模块由于x向驱...

【专利技术属性】
技术研发人员：褚秀清，
申请(专利权)人：褚秀清，
类型：发明
国别省市：辽宁;21