CN102323432B

CN102323432B - 全自动三维精密定位运动进样器

Info

Publication number: CN102323432B
Application number: CN 201110141755
Authority: CN
Inventors: 常海龙; 李英; 陈惠民; 庞晓东; 滕莉; 梁来顺
Original assignee: First Research Institute of Ministry of Public Security; Beijing Zhongdun Anmin Analysis Technology Co Ltd
Current assignee: First Research Institute of Ministry of Public Security; Beijing Zhongdun Anmin Analysis Technology Co Ltd
Priority date: 2011-05-27
Filing date: 2011-05-27
Publication date: 2013-10-02
Anticipated expiration: 2031-05-27
Also published as: CN102323432A

Abstract

本发明提供了一种全自动三维精密定位运动进样器，包括Y轴运动组件、X轴运动组件、Z轴运动组件和托盘。Y轴运动组件包括Y轴运动基座、Y轴左导轨、Y轴左导轨滑块、Y轴右导轨、Y轴右导轨滑块和Y轴驱动机构，Y轴左导轨和Y轴右导轨连接Y轴运动基座，Y轴左导轨连接Y轴驱动机构。X轴运动组件和Z轴运动组件都包括相应的运动基座、导轨、导轨滑块和驱动机构。X轴运动基座通过连接Y轴左导轨滑块和Y轴右导轨滑块悬挂于Y轴运动基座上，Z轴运动基座通过连接X轴导轨滑块悬挂于X轴运动基座上，托盘连接Z轴导轨滑块。该全自动三维精密定位运动进样器占用空间小、定位精度高、性能稳定、操作安全，可应用在医疗卫生、生物工程、化学制药、化工分析等领域的分析仪器的进样器装置的准确定位。

Description

全自动三维精密定位运动进样器

技术领域

本发明涉及一种可广泛应用于分析仪器高精度定位的全自动三维精密定位运动进样器，可应用在医疗卫生、生物工程、化学制药、化工分析等领域。许多分析仪器的样品都需要大规模、全自动进样，需要进样器装置定位准确，空间占用少，以上领域是本发明装置应用的主要场合。

背景技术

在生物、化学、医疗等领域广泛应用高精度、全自动进样的样品进样装置进行进样。目前，大多数仪器采用叠加式设计方法设计三维运动进样装置，主要特点是各维运动机构由底层向上叠加，这种进样装置结构简单，但是占用仪器空间大，而且所有运动机构都是开放式，容易受到损坏，操作人员操作时容易受伤，如果加上防护装置，进样装置可靠性降低，体积增加，不利于分析仪器小型化发展，也不利于分析仪器可靠性提高。大部分叠加式进样装置通过同步带轮联接电机输出轴和丝杠，这样联接方式虽然能够节约空间，但是同步带的定位精度低，且随着使用时间延长，同步带容易松动，定位精度进一步降低，这对要求高定位精度的分析仪器性能，造成严重的影响。

发明内容

本发明的目的是提供一种占用空间小、定位精度高、性能稳定、操作安全的全自动三维精密定位运动进样器。

本发明提供的全自动三维精密定位运动进样器，包括Y轴运动组件、X轴运动组件、Z轴运动组件和托盘，其中，所述Y轴运动组件包括Y轴运动基座、Y轴左导轨、Y轴左导轨滑块、Y轴右导轨、Y轴右导轨滑块和Y轴驱动机构，所述Y轴左导轨和Y轴右导轨连接所述Y轴运动基座，所述Y轴左导轨连接所述Y轴驱动机构；所述X轴运动组件包括X轴运动基座、X轴导轨、X轴导轨滑块和X轴驱动机构，所述X轴运动基座通过连接Y轴左导轨滑块和Y轴右导轨滑块悬挂于所述Y轴运动基座上，所述X轴导轨的两端分别连接所述X轴运动基座和所述X轴驱动机构；所述Z轴运动组件包括Z轴运动基座、Z轴导轨、Z轴导轨滑块和Z轴驱动机构，所述Z轴运动基座通过连接所述X轴导轨滑块悬挂于X轴运动基座上，所述Z轴导轨的两端分别连接所述Z轴运动基座和所述Z轴驱动机构；所述托盘连接所述Z轴导轨滑块。

较佳地，所述Y轴驱动机构、所述X轴驱动机构和所述Z轴驱动机构都为丝杆传动的电机驱动机构。

较佳地，所述Y轴运动组件、所述X轴运动组件和所述Z轴运动组件还都包括传感定位装置，所述传感定位装置包括光电传感器和位于所述光电传感器的运动路径的一端的光电传感器挡片。

所述Y轴运动组件的传感定位装置的光电传感器可以设置在所述Y轴右导轨的伸出端。

较佳地，所述托盘的上表面设置有用于校准所述托盘位置的圆锥形圆台。

较佳地，所述Y轴运动基座为具有内部空间且上表面有敞口的盒状结构，所述X轴运动基座位于所述Y轴运动基座的内部空间内，所述Z轴运动基座的全部或一部分位于所述Y轴运动基座的内部空间内，所述托盘位于所述Y轴运动基座的上表面之上。

所述Y轴运动基座的四个侧面都可以具有敞口。

较佳地，该全自动三维精密定位运动进样器还包括用于向所述Y轴驱动机构、所述X轴驱动机构和所述Z轴驱动机构给出运动指令的上位机。

本发明提供的全自动三维精密定位运动进样器占用空间小、定位精度高、性能稳定、操作安全。

附图说明

图1是全自动三维精密定位运动进样器的整体三维示意图；

图2是去除Y轴运动基座4后的全自动三维精密定位运动进样器的整体三维示意图；

图中：1-托盘；2-Z轴运动基座；3-X轴运动基座；4-Y轴运动基座；5-Y轴电机；6-Y轴丝杠；7-Y轴左导轨；8-Y轴左导轨滑块；9-Y轴螺母；10-Z轴光电传感器；11-校准点；12-Y轴右导轨滑块；13-Y轴光电传感器挡片；14-Y轴光电传感器；15-Y轴右导轨；16-X轴光电传感器挡片；17-X轴光电传感器；18-Y轴机械防碰撞凸台；19-Z轴光电传感器挡片。

具体实施方式

如图1和图2所示，该全自动三维精密定位运动进样器由Y轴运动组件、X轴运动组件、Z轴运动组件、托盘组成。Y轴运动组件由Y轴运动基座4、Y轴电机5、Y轴丝杠6、Y轴左导轨7、Y轴左导轨滑块8、Y轴右导轨15、Y轴右导轨滑块12、Y轴螺母9、Y轴光电传感器14、Y轴光电传感器挡片13组成。X轴运动组件由X轴运动基座3和相应的电机、丝杠、导轨、导轨滑块、X轴光电传感器17、X轴光电传感器挡片16组成。Z轴运动组件由Z轴运动基座2和相应的电机、丝杠、导轨、导轨滑块、Z轴光电传感器10、Z轴光电传感器挡片19组成。

X轴运动基座3通过导轨7和导轨滑块8及导轨15和导轨滑块12悬挂于Y轴运动基座上。同理，Z轴运动基座2通过相应导轨和导轨滑块悬挂于X轴运动基座上；托盘1通过相应导轨和导轨滑块连接在Z轴运动基座上。通过这种悬挂式结构设计，在Z轴方向能够有效利用X轴运动基座的下部空间，增大Z轴运动行程。

运动组件均采用品字型组合形成独立的运动单元，Y轴运动组件由Y轴丝杠6、Y轴左导轨7、Y轴右导轨15形成品字型。Y轴电机5是驱动电机，Y轴电机5驱动Y轴丝杠6转动，Y轴丝杠6驱动Y轴螺母9直线运动，Y轴左导轨滑块8和Y轴左导轨7及Y轴右导轨滑块12和Y轴右导轨15确定Y轴运动方向。Y轴机械防碰撞凸台18是防止Y轴运动组件运行到末端时，Y轴螺母9碰撞Y轴运动基座4，防止Y轴螺母9因碰撞发生损坏。Y轴光电传感器14和Y轴光电传感器挡片13确定Y轴运动原点，X轴光电传感器17和X轴光电传感器挡片16确定X轴运动原点，Z轴光电传感器10和Z轴光电传感器挡片19确定Z轴运动原点。

全自动三维精密定位运动进样器的校准点11在托盘1上表面，是一个圆锥形圆台。当全自动三维精密定位运动进样器装配好以后，为了在仪器中确定托盘的空间位置，需要做全自动三维精密定位运动进样器的位置校准。在仪器内部确定一个已知坐标的位置点M，通过控制电路运行托盘1进行空间三维运动，使校准点11对准位置点M。当校准点11对准位置点M时，就确定了托盘在仪器内部的空间位置，从而确定了托盘上样品在仪器内部的空间位置，从而达到精确进样的目的。

下面结合附图进一步说明该全自动三维精密定位运动进样器的运行方式。定义图1所示的三个方向为全自动三维精密定位运动进样器的X、Y、Z方向。

定义如下运动名称：

进退：沿Y轴的直线运动，沿Y轴正向的运动称为前进，反之称为后退。

侧移：沿X轴的直线运动，沿X轴正向的运动称为右移，反之称为左移。

升降：沿z轴的直线运动，沿z轴正向的运动称为上升，反之称为下降。

全自动三维精密定位运动进样器通过Y轴光电传感器14和Y轴光电传感器挡片13确定Y轴运动原点，X轴光电传感器17和X轴光电传感器挡片16确定X轴运动原点，Z轴光电传感器10和Z轴光电传感器挡片19确定Z轴运动原点。根据当前任务的需要，按照一定的逻辑顺利运动，运行方式分为两个阶段：

(1)、归零阶段。全自动三维精密定位运动进样器在开始工作后，全自动三维精密定位运动进样器首先运动到三个光电传感器的位置，即运动控制空间坐标系的零位，在这里建立全自动三维精密定位运动进样器托盘的零点坐标。运动过程如下：首先Z轴运动组件运动，托盘1下降，当Z轴光电传感器挡片19使Z轴光电传感器10产生感应，Z轴光电传感器10发出信号，Z轴运动组件轻微回调，使Z轴光电传感器挡片19离开Z轴光电传感器10的缝隙，避免Z轴光电传感器10始终工作，Z轴停止运动。然后X轴运动组件左移，使托盘1移动到空间的左边，当X轴光电传感器挡片16使X轴光电传感器17产生感应，X轴光电传感器17发出信号，X轴运动组件轻微回调，X轴停止运动。最后，Y轴运动组件后退，使托盘1移动到外部空间位置，当Y轴光电传感器挡片13使Y轴光电传感器14产生感应，Y轴光电传感器14发出信号，Y轴运动组件轻微回调，Y轴停止运动；归零阶段结束。

全自动三维精密定位运动进样器以归零阶段结束时的位置作为初始位置，为进行以后的运动建立了固定的坐标系，当需要运动到目标位置时，只需要计算出从初始位置到达目的位置的三维空间距离，就可以给电机下达指令，使托盘运动到目的位置。

以上X、Y、Z三个方向运动互相独立，即当一个方向开始运动的时候，其它方向都保持不运动状态。

(2)、工作阶段。当归零阶段结束以后，全自动三维精密定位运动进样器进入正式工作阶段。由于全自动三维精密定位运动进样器在空间归零的时候，确定了托盘1的空间位置，所以全自动三维精密定位运动进样器只需要上位机给出运动指令，就可以按照预定的运动路径规划运动，运动过程如下：根据当前任务的需要，托盘1需要运行到空间的某一位置，全自动三维精密定位运动进样器通过空间坐标转换，计算出全自动三维精密定位运动进样器从原点达到该位置需要的距离，对电机发出运行指标的指令，按照一定的逻辑顺利运动。

以上所述实施方式仅为本发明的优选实施例，本发明不限于上述实施例，对于本领域一般技术人员而言，在不背离本发明原理的前提下对它所做的任何显而易见的改动，都属于本发明的构思和所附权利要求的保护范围。

Claims

1.全自动三维精密定位运动进样器，包括Y轴运动组件、X轴运动组件、Z轴运动组件和托盘，其特征在于，所述Y轴运动组件包括Y轴运动基座、Y轴左导轨、Y轴左导轨滑块、Y轴右导轨、Y轴右导轨滑块和Y轴驱动机构，所述Y轴左导轨和Y轴右导轨连接所述Y轴运动基座，所述Y轴左导轨连接所述Y轴驱动机构；所述X轴运动组件包括X轴运动基座、X轴导轨、X轴导轨滑块和X轴驱动机构，所述X轴运动基座通过连接Y轴左导轨滑块和Y轴右导轨滑块悬挂于所述Y轴运动基座上，所述X轴导轨的两端分别连接所述X轴运动基座和所述X轴驱动机构；所述Z轴运动组件包括Z轴运动基座、Z轴导轨、Z轴导轨滑块和Z轴驱动机构，所述Z轴运动基座通过连接所述X轴导轨滑块悬挂于X轴运动基座上，所述Z轴导轨的两端分别连接所述Z轴运动基座和所述Z轴驱动机构；所述托盘连接所述Z轴导轨滑块，

所述Y轴驱动机构、所述X轴驱动机构和所述Z轴驱动机构都为丝杆传动的电机驱动机构，

所述Y轴运动组件、所述X轴运动组件和所述Z轴运动组件还都包括传感定位装置，所述传感定位装置包括光电传感器和位于所述光电传感器的运动路径的一端的光电传感器挡片，

所述Y轴运动组件的传感定位装置的光电传感器设置在所述Y轴右导轨的伸出端，

所述托盘的上表面设置有用于校准所述托盘位置的圆锥形圆台，

所述Y轴运动基座为具有内部空间且上表面有敞口的盒状结构，所述X轴运动基座位于所述Y轴运动基座的内部空间内，所述Z轴运动基座的全部或一部分位于所述Y轴运动基座的内部空间内，所述托盘位于所述Y轴运动基座的上表面之上，

所述Y轴运动基座的四个侧面都具有敞口。

2.根据权利要求1所述的全自动三维精密定位运动进样器，其特征在于，该全自动三维精密定位运动进样器还包括用于向所述Y轴驱动机构、所述X轴驱动机构和所述Z轴驱动机构给出运动指令的上位机。