可调节移液器具量程并精确移液的机器人及其控制方法技术

本发明专利技术涉及一种机器人及其控制方法，尤其涉及一种可调节移液器具量程并精确定量移液的实验机器人及其控制方法。本发明专利技术的可调节移液器具量程并精确定量移液的实验机器人包括主控部分、机器手或机械臂、移液器具、位置传感器件、滑轨，本发明专利技术可以与市面上成熟的高精度移液器具结合，可自动完成吸头的接插与卸除，能够代替人工，完成不同试剂的精确定量抽取、释放、移动、混合、摇匀、加速反应等操作。

A robot with adjustable range and precise liquid transfer and its control method

The invention relates to a robot and a control method thereof, in particular to an experimental robot and a control method thereof which can adjust the measuring range of a liquid transfer device and accurately and quantitatively transfer liquid. The experimental robot which can adjust the measuring range of the liquid transfer device and accurately quantitatively transfer liquid includes a main control part, a manipulator or a mechanical arm, a liquid transfer device, a position sensor piece and a slide rail. The invention can be combined with the mature high-precision liquid transfer device on the market, and can automatically complete the connection and removal of the suction head, and can replace the manual work to complete the accurate quantitative extraction and release of different reagents Move, mix, shake and accelerate the reaction.

【技术实现步骤摘要】
可调节移液器具量程并精确移液的机器人及其控制方法
本专利技术涉及一种机器人，尤其涉及一种可调节移液器具量程并精确移液的机器人及其控制方法。
技术介绍
随着科技的进步，机器人越来越多的参与人类的工作和生活，可以预见：将来机器人将代替人类承担越来越多复杂、繁重的工作，而人们则可以从繁重的工作中解脱出来，生活得更加轻松与安逸。但目前，机器人(或者具有机器人功能的自动化装置)，只能从事一些简单的重复性的自动化作业，生物、化学、生命科学等领域，已经面世的一些名为“移液工作站”的半自动移液装置，其移液器具多为自行制作，普遍智能化程度不高，无法与市面上成熟的专业移液器具结合使用，制作粗糙，精度差，对于不同量程、精度的移液器具，多不能或不方便更换，或者更换过程中需要人工的过多参与，大大降低了自动化的生产效率，更重要的是：难以实现移液过程的高精度，也没有发现与成熟高精度移液器具可以结合的可行方案。当前生物、化学、生命科学等领域科研、教学等实验室中的大量复杂、繁重的工作，依然是以人力为主，时代期待着具有更高智能的机器人的出现，前面所述的机器人(或者具有机器人功能的自动化装置)都无法实现代替实验室工作人员，严谨精确的完成实验，本专利技术可以与市面上成熟的高精度移液器具结合，能够自动完成吸头的接插与卸除，可调节量程，能够代替人工，完成不同试剂的精确定量抽取、释放、移动、混合、摇匀、加速反应等操作。具有良好的前景。与不可调节量程的方案相比，本专利技术基于移液器具的量程调节机制，完全仿照人工操作，取液量、移液精度主要取决于移液器具的精度(比如世界著名公司的高档移液器，其可靠性高，误差低)，大大减少了实验机器人系统误差对移液精度的影响。。
技术实现思路
本专利技术涉及的可调节移液器具量程并精确移液的机器人，具有较高的智能，其操控部件可在一定范围的三维空间内移动，并实现对自身的定位与控制，可以在生物、化工、生命科学等领域，代替人类完成相对复杂的实验工作，包括但不限于：基于移液器具自身的量程调节机制调节移液器具量程，并完成沾液、精确定量移液，或者自动装卸移液器具部件，这里所述的自动装卸移液器具部件包含但不限于如下类别中的若干种：吸头、枪头、吸嘴、吸咀、针状移液部件、可以蘸取或吸取液体的其它器物。本专利技术涉及的可调节移液器具量程并精确移液的机器人，包括但不限于：主控部分、可以操控移液器具的机器手(或机器臂、机械手、机械臂)、移液器具、位置传感器件，以及如下部件中的若干种：滑轨、推杆、顶杆、滑块、其它通过电、光或电磁场信号可实现位置移动的部件。主控部分包含微处理器和微控制器中的一种或多种，微控制器的类型包括但不限于单片机、DSP、CPLD、FPGA、PLC；微处理器的方式包括但不限于采用计算机、电脑或其它包含微处理器的智能装置进行控制的方式。机器手(或机器臂、机械手、机械臂)采用如下设计方式中的若干种：可伸缩式、可旋转式、可摆动式、具有若干自由度。机器手(或机器臂、机械手、机械臂)结构中包括电机，以及如下类别中的若干种：滑轨、推杆、顶杆、滑块、其它通过电机旋转可实现位置移动的部件。机器手(或机器臂、机械手、机械臂)固定在移液器具附近，或能够夹持、固定移液器具，无论哪种方式，机器手(或机器臂、机械手、机械臂)都可以按既定程序或者用户的设定，对移液器具进行实时控制，包括如下功能、行为中的若干种：接插移液器具吸头(或枪头、吸嘴、吸咀)、沾液、定量吸液、空间上移动液体、多种液体混匀、液体沉淀、定量释放液体、卸除移液器具吸头(或枪头、吸嘴、吸咀),机器手(或机器臂、机械手、机械臂)的一端通过如下方式中的若干种：滑轨、滑轮、滑杆、滑块、丝杠、磁悬浮器件、其它通过电机驱动或电磁场作用可实现移动的部件，以及螺丝、粘合剂、磁场、接插件、螺钉、夹具等手段中的若干种实现固定，并可在主控部分的控制下移动。机器手(或机器臂、机械手、机械臂)的另一端通过下述物质或措施、方法中的若干种实现对移液器具进行移动、影响或操作：电磁场、接插件、滑块、轴承、齿轮、皮带、螺丝、绳索、粘合剂、丝杠、滑轨、滑杆、滑轮、弹簧、弹性橡胶(不带调节功能的专利没有)、其它在一定行程内具有一定弹性或推拉能力的物质。机器手(或机器臂、机械手、机械臂)针对移液器具，可实现下述功能中的若干种：(1)调节功能的实现：顶杆采用电动顶杆、磁力顶杆与机械顶杆中的若干种，与移液器具的调节部位机械连接，或通过磁场、电场与光中的若干种实现间接控制，在主控部分的控制下，通过电磁场、光的参数的改变或电机旋转，实现移液器具的容量或参数的调节，所述的移液器具的调解部位包括：移液器具的活塞、调节旋钮、调节按键或其它移液器具自身具有的可对自身移液容量进行调节的零部件。(2)移液功能的实现：移液器具为保证移液量的精确度，在机制上，抽取液体时，活塞到达操作者预先调节的指定量程位置，在一定施力范围内，活塞不会发生位移或位置变化；另外，活塞底部到达刚好推挤出内部全部液量的基底部准位置时，在一定施力范围内，活塞也不会发生位移或位置变化，这两种机制可以实现移液器具自身的高精度，不会或极少的带来移液器具自身以外的系统误差，本专利技术利用推杆、顶杆的可伸缩部件，或其它通过电机旋转可实现位置移动的部件(包括但不限于：动子、滑块、滑台)，通过如下措施中的若干种实现伸缩量的调节：推杆、顶杆、弹簧、弹性橡胶(不带调节功能的专利没有)，或通过电机的转动，控制移液器具，进而实现对液体的精确定量抽取、释放、移动、混合、摇匀、加速反应(等)操作中的若干种，其中弹簧、弹性橡胶，或其它在一定行程内具有一定弹性或推拉能力的物质，位于移液器具活塞受力部位，其弹力或弹性的作用，使移液器具活塞到达底部、基准刻度或其它预先调节的指定刻度位置时，在一定范围内，针对活塞的多余的施力不会增减活塞的动作行程，本专利技术的系统依此实现移液器具本身的精度标准，而不会带来额外的系统误差。(3)移液器具吸头(或如下类别中的若干种：移液器枪头、吸嘴、吸咀、针状移液部件、可以蘸取或吸取液体的其它器物)自动卸除功能的实现：利用推杆、顶杆的可伸缩部件，或其它通过电机旋转可实现位置移动的部件(包括但不限于：动子、滑块、滑台)，通过推杆、顶杆伸缩量的调节，或电机的转动，控制移液器具，进而实现对移液器具的吸头(或枪头、吸嘴、吸咀)的插接、紧固、释放及更换操作中的若干种。上述不同功能实现中提到的推杆、顶杆，以及其它通过电机旋转可实现位置移动的部件，可以多个功能共用，也可单独设置。上述推杆、顶杆的可伸缩部件，或其它通过电机旋转可实现位置移动的部件(包括但不限于：动子、滑块、滑台)，与移液器具的调节部位(指活塞或者行程调节部件)机械连接，或通过磁场、电场与光中的若干种间接实现位置控制，在主控部分的控制下，通过电磁场、光的参数的改变、电机旋转，或者推杆、顶杆的伸缩，实现移液器具的容量或参数的调节。电机的类型包括但不限于交流电机、直流电机，也包括但不限于：步进电机、舵机、异步电机、同步电机、伺服电机、永磁电机，控制策略采用开环控制(其相关实现方法包括但不限于：本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.可调节移液器具量程并精确移液的机器人及其控制方法，其特征在于：/n包括主控部分、可以操控移液器具的机器手或机械臂，/n该机器手或机械臂固定在移液器具附近，或能够夹持、固定移液器具，无论哪种方式，机器手或机械臂都可以按既定程序或者用户的设定，对移液器具进行实时控制，包括如下功能、行为中的若干种：接插移液器具吸头(或枪头、吸嘴、吸咀)、定量吸液、蘸液、空间上移动液体、多种液体混匀、液体沉淀、定量释放液体、卸除移液器具吸头(或枪头、吸嘴、吸咀)，/n机器手或机械臂结构中包括电机，以及如下类别中的若干种：滑轨、推杆、顶杆、滑块、其它通过电机旋转可实现位置移动的部件，/n调节功能的实现：顶杆采用电动顶杆、磁力顶杆与机械顶杆中的若干种，与移液器具的调节部位机械连接，或通过磁场、电场与光中的若干种实现间接控制，在主控部分的控制下，通过电磁场、光的参数的改变或电机旋转，实现移液器具的容量或参数的调节，所述的移液器具的调解部位包括：移液奇迹的活塞、调节旋钮、调节按键或其它移液器具自身具有的可对自身移液容量进行调节的零部件，/n移液功能的实现：利用推杆、顶杆的可伸缩部件，或其它通过电机旋转可实现位置移动的部件(包括但不限于：动子、滑块、滑台)，通过推杆、顶杆、弹簧、弹性橡胶或其它在一定行程内具有一定弹性的物质的伸缩量的调节，或电机的转动，直接或间接控制移液器具，进而实现对液体的精确定量抽取、释放、移动、混合、摇匀、加速反应(等)操作中的若干种，/n移液器具吸头(或枪头、吸嘴、吸咀)自动卸除功能的实现：利用推杆、顶杆的可伸缩部件，或其它通过电机旋转可实现位置移动的部件(包括但不限于：动子、滑块、滑台)，通过推杆、顶杆伸缩量的调节，或电机的转动，控制移液器具，进而实现对移液器具的吸头(或枪头、吸嘴、吸咀)的插接、紧固、释放及更换(等)操作中的若干种，/n上述不同功能实现中提到的推杆、顶杆，以及其它通过电机旋转可实现位置移动的部件，可以多个功能共用，也可单独设置。/n...

【技术特征摘要】
1.可调节移液器具量程并精确移液的机器人及其控制方法，其特征在于：
包括主控部分、可以操控移液器具的机器手或机械臂，
该机器手或机械臂固定在移液器具附近，或能够夹持、固定移液器具，无论哪种方式，机器手或机械臂都可以按既定程序或者用户的设定，对移液器具进行实时控制，包括如下功能、行为中的若干种：接插移液器具吸头(或枪头、吸嘴、吸咀)、定量吸液、蘸液、空间上移动液体、多种液体混匀、液体沉淀、定量释放液体、卸除移液器具吸头(或枪头、吸嘴、吸咀)，
机器手或机械臂结构中包括电机，以及如下类别中的若干种：滑轨、推杆、顶杆、滑块、其它通过电机旋转可实现位置移动的部件，
调节功能的实现：顶杆采用电动顶杆、磁力顶杆与机械顶杆中的若干种，与移液器具的调节部位机械连接，或通过磁场、电场与光中的若干种实现间接控制，在主控部分的控制下，通过电磁场、光的参数的改变或电机旋转，实现移液器具的容量或参数的调节，所述的移液器具的调解部位包括：移液奇迹的活塞、调节旋钮、调节按键或其它移液器具自身具有的可对自身移液容量进行调节的零部件，
移液功能的实现：利用推杆、顶杆的可伸缩部件，或其它通过电机旋转可实现位置移动的部件(包括但不限于：动子、滑块、滑台)，通过推杆、顶杆、弹簧、弹性橡胶或其它在一定行程内具有一定弹性的物质的伸缩量的调节，或电机的转动，直接或间接控制移液器具，进而实现对液体的精确定量抽取、释放、移动、混合、摇匀、加速反应(等)操作中的若干种，
移液器具吸头(或枪头、吸嘴、吸咀)自动卸除功能的实现：利用推杆、顶杆的可伸缩部件，或其它通过电机旋转可实现位置移动的部件(包括但不限于：动子、滑块、滑台)，通过推杆、顶杆伸缩量的调节，或电机的转动，控制移液器具，进而实现对移液器具的吸头(或枪头、吸嘴、吸咀)的插接、紧固、释放及更换(等)操作中的若干种，
上述不同功能实现中提到的推杆、顶杆，以及其它通过电机旋转可实现位置移动的部件，可以多个功能共用，也可单独设置。


2.根据权利要求1所述的可调节移液器具量程并精确移液的机器人及其控制方法，其特征在于：
电机的控制策略采用开环控制或闭环控制，
电机按功能分别为调节量程刻度电机、控制活塞电机，还有卸除吸头(或枪头、吸嘴、吸咀)电机，实现方式上：针对不同功能，电机可以单独设置，也可通过传动、切换、空间区别利用——这三种方式中的若干种实现共用；
上述推杆、顶杆的可伸缩部件，或其它通过电机旋转可实现位置移动的部件，与移液器具的调节部位机械连接，或通过磁场、电场与光中的若干种间接实现位置控制，在主控部分的控制下，通过电磁场、光的参数的改变、电机旋转，或者推杆、顶杆的伸缩，实现移液器具的容量或参数的调节，
工作机制包括下述环节、过程中的若干个：
(1)由调节量程刻度电机对移液器具的调节部件进行调节，实现移液量的设置，
(2)控制活塞电机将移液器具的活塞推至底部0刻度位置(该部位是移液器具移液调节的0刻度位置，或者活塞置于该位置移液器具内液体刚好完全释放)，
(3)通过机器手或机械臂移动移液器具，使移液器具取液一端插入液体，并保证抽取液体的过程中移液器具取液一端始终浸没于液体之中，
(4)控制活塞电机将移液器具的活塞拉至之前调节量程刻度电机调节的量程位置或位置之上，实现按设置容量对液体的精确抽取，
(5)通过机器手或机械臂移动移液器具至目的地，通过控制活塞电机将移液器具的活塞推至底部0刻度位置或底部0刻度位置以下，实现液体准确释放至目的地，
(6)直接接续进行下一轮移液操作，或先通过机器手或机械臂移动移液器具至收集废弃吸头(或枪头、吸嘴、吸咀)的位置，卸除吸头(或枪头、吸嘴、吸咀)电机动作实现吸头(或枪头、吸嘴、吸咀)的卸除，然后再接续进行下一轮移液操作或停止作业。


3.根据权利要求2所述的可调节移液器具量程并精确移液的机器人及其控制方法，其特征在于：
包括若干位置传感器件，固定安装在机器手或机械臂上，或者滑轨上，或者移动路线附近，主控部分与位置传感器件通过有线或无线的方式进行通信，其中，有线通信方式的媒介包括但不限于串行总线、并行总线、一根或多根信号线，无线通信方式的媒介包括但不限于射频、红外、蓝牙、量子通信，
所述位置传感器件包括下述类型中的若干种：机械式、光电式、磁感应式、超声波式、霍尔式、激光式，
其中，光电式位置传感器件包括光电开关、可转换为电信号的光传感器；
超声波式位置传感器件包括通过主控部分的控制实现超声波测距的情形；
磁感应式位置传感器件包括磁力传感器件，其类型包括但不限于：磁控开关、磁感应开关、磁阻传感器、磁力传感器、磁力感应元件。


4.根据权利要求3所述的可调节移液器具量程并精确移液的机器人及其控制方法，其特征在于：
包括如下机构或部件中的若干种：滑轨、滑轮、丝杠、磁悬浮器件、滑杆，以及其它通过电机驱动或电磁场作用可实现移动的部件，
机器手或机械臂的一端通过如下方式中的若干种：滑轨、滑...

【专利技术属性】
技术研发人员：不公告发明人，
申请(专利权)人：李木，
类型：发明
国别省市：辽宁;21