CN105874337B - 确定至少一个制图学标志物的位置的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及确定自动机器的至少一个固定制图学标志物(10)的位置的方法，所述标志物(10)包括基础部(11)和立柱部(15)，基础部(11)包括侧表面和端面(14a)，立柱部(15)的横截面小于基础部的横截面且立柱部(15)从基础部(11)的端面(14a)伸出，所述立柱部(15)包括与基础部(11)相对的端面(16)。该方法具体旨在相对于可活动构件推导制图学标志物(10)的至少一个点(O)的坐标(XO、YO、ZO)。

Description

确定至少一个制图学标志物的位置的方法

本发明涉及确定自动机器的至少一个固定制图学标志物的位置的方法。本发明具体应用于自动化体外诊断设备，尤其是止血领域中的自动化体外诊断设备。

该设备或自动机器包括固定框架，固定框架上面固定有板，板包括用于定位呈瓶、管或反应碗形式的容器的壳体。该设备例如包括：旨在支撑容纳反应产品的瓶的板、旨在支撑容纳血浆样品的管的板(未示出)、以及旨在支撑进行测量的反应碗的板。

该设备还包括一个或多个机动臂，每个机动臂包括头部，头部能够根据笛卡尔坐标(X、Y、Z)或圆柱坐标(θ、r、Z)运动，并且头部设置有吸移管/针组件或者用于使碗从一站运动至另一站的夹持***。

该自动机器的一部分例如可通过申请人名下的文献FR 2 764 703来得知。

针(或吸移管)通常设置有电容检测装置以使得具体能够检测针与液体接触的位置。该检测装置通常由英文缩写LLD(代表液面检测)表示。

一般来说，需要精确控制每个针的端部相对于各容器的位置，以避免针撞击容器的边缘或底部。针撞击容器的边缘或底部可能使得针损坏或变形或者损害容器，从而污染反应产品或待分析样品。

然而，例如由于制造设备每个部件的方法(制造公差等)的影响、由于相对于彼此组装各部件的方法(组装间隙、组装期间的不精确性)的影响，或者由于使设置有上面安装针的可活动头部的臂运动的方法(例如，通过步进电机来控制)的影响，生产这种自动机器必然使得定位中存在不确定性。

因此，需要相对于可活动针来精确确定各固定容器的位置。

出于该目的，专利EP 1 354 185提出了使用制图学标志物，其中制图学标志物相对于容器的位置是已知的。每个标志物具有顶部包括盲孔的大致的圆柱形状。吸移管或针安装在由臂致动的可活动头部上，可活动头部能够沿彼此正交的X、Y和Z运动。具体地，针与盲孔内表面接触，以相对于可活动针来精确确定固定制图学标志物的位置。

在进行该方法期间，一些针中所包含的反应产品或样品可能弄脏盲孔并且可能污染其他针。为了避免这样，需要对制图学标志物进行清洁。当制图学标志物包括直径略大于针的盲孔时该清洁过程相对冗长。

本发明的目的具体在于，提供针对上述问题的简单、有效且经济的解决方案。

为此，本发明提出了一种用于自动确定自动机器的至少一个固定制图学标志物的位置的方法，所述标志物包括基础部和立柱部，基础部包括侧表面和端面，立柱部的横截面小于基础部的横截面且立柱部从基础部的端面伸出，所述立柱部包括与基础部相对的端面，所述方法包括以下步骤：

(a)使可活动构件运动，直至其与基础部的侧表面的第一区域接触，

(b)使可活动构件运动，直至其与基础部的侧表面的第二区域接触，

(c)使可活动构件运动，直至其与立柱部的端面接触，

(d)使可活动构件运动，直至其与基础部的端面接触，

(e)相对于可活动构件推导制图学标志物上的至少一个点的坐标。

至少一个制图学标志物的使用使得能够非常精确地确定自动机器的位于制图学标志物附近的元件的位置，其中，所述元件相对于所述标志物的位置供参考。因此，如果容器(瓶、管、碗)位于该制图学标志物附近，则可通过基于本发明的方法来确定容器(瓶、管、碗)的精确位置。

步骤(a)和步骤(b)例如能够相对于可活动构件来确定标志物上的点沿X轴和Y轴(在笛卡尔类坐标系中)或极坐标θ、r(在圆柱类坐标系中)的位置。步骤(c)能够相对于可活动构件确定标志物上的上述点沿Z的位置。

步骤(d)能够检查所确定的、标志物上的点的坐标X、Y或θ、r是否正确。该步骤还能够验证标志物上的点的坐标Z。

由于制图学标志物没有盲孔，所以不存在保留任何滴落液体的风险，因而限制了污染的风险。这种标志物还可容易清洗。另外，立柱部在标志物的顶部处伸出且其横截面接近针的横截面，从而使得能够可视地且非常容易地检查针与标志物是否正确对准。

有利的，基础部具有包括两个相对的第一侧面、两个相对的第二侧面和两个相对的端面的平行六面体形式，其中两个相对的第一侧面平行于由Y轴和Z轴限定的第一平面延伸，两个相对的第二侧面大体平行于由X轴和Z轴限定的第二平面延伸，以及两个相对的端面大体平行于由X轴和Y轴限定的第三平面延伸，X轴、Y轴和Z轴彼此正交，立柱部的端面大体平行于第三平面。

X轴和Y轴例如水平设置，而Z轴例如竖直设置。

在这种情况下，该方法可包括以下步骤：

-将可活动构件放置成与基础部的各第一侧面中的一个侧面相对，

-使可活动构件沿X轴运动，直至其与对应第一侧面接触，

-相对于可活动构件推导制图学标志物上的至少一点沿X轴的坐标，

-将可活动构件放置成与基础部的各第二侧面中的一个侧面相对，

-使可活动构件沿Y轴运动，直至其与对应第二侧面接触，

-相对于可活动构件推导制图学标志物上的至少一点沿Y轴的坐标，

-将可活动构件放置成与立柱部的端面相对，

-使可活动构件沿Z轴运动，直至其与立柱部的端面接触，

-相对于可活动构件推导制图学标志物上的至少一点沿Z轴的坐标。

优选地，在可活动构件与立柱部的端面接触之后，将可活动构件放置成与基础部的端面相对，然后使其沿Z轴运动直至与基础部的端面接触。

如果检测到可活动构件与基础部的端面的接触，则确保了标志物上的上述点沿X和Y的坐标被正确确定。

另外，该方法可包括至少一个搜寻制图学标志物的步骤，其中搜寻制图学标志物的步骤包括：使可活动构件运动以沿给定路径掠过给定区域，直至可活动构件与基础部的侧表面接触。在搜寻步骤期间，可活动构件沿标志物纵轴(Z轴)的位置保持不变。

如前所指，在执行基于本发明的方法之前，已知可活动构件相对于制图学标志物的位置具有不确定性，所述不确定性主要取决于制造部件的方法以及将各部件连接在一起的方法。当以笛卡尔坐标解释时，该不确定区域例如为在X轴、Y轴和Z轴中的每一个上为大约5mm。如果制图学标志物在平面X-Y中(即，在由X轴和Y轴划分的平面中)的横截面大于该相同平面中的不确定区域，则使可活动构件沿X轴或沿Y轴运动使得：当可活动构件与对应侧面相对且可活动部件接下来沿X轴或Y轴运动时，能够确保可活动构件与标志物基础部的对应侧面之间发生接触。

反之，如果制图学标志物的在平面X-Y中的横截面小于同一平面中的不确定区域，则不确定可活动构件与标志物的基础部的对应侧表面接触。在这种情况下，可能需要进行上述搜寻步骤。

在该情况下，可活动构件在搜寻步骤期间的路径可具有螺旋形式，或者包括在同一方向上定向且各自穿过将被扫掠的给定区域的连续线路，所述线路相对于彼此偏离。

另外，如果在搜寻步骤期间可活动构件没有与制图学标志物的基础部的侧表面接触，则在可活动构件沿标志物纵轴的不同位置处执行另一搜寻步骤。

这种情况可能例如发生在不恰当或错误地选择针对搜寻步骤所选择的高度(即上述情况中沿Z的位置)时，发生这种情况具体是因为沿Z轴的不确定性。

在这种情况下，针对不同的高度执行多个搜寻步骤，直至可活动构件与制图学标志物的基础部的一个侧面接触。

可活动构件与标志物的基础部或立柱部之间的接触可通过电容测量来检测。例如就体外诊断自动机器而言，该测量装置已经集成在现有的针或吸移管中。因此无需向自动机器增加额外的测量装置。

自动机器可包括设置有固定元件(诸如样品、碗或瓶)的至少一个区域，所述区域包括至少三个制图学标志物，通过上述步骤(a)至(e)相对于可活动构件来确定每个制图学标志物上的至少一个点的位置，利用各制图学标志物上的点的位置通过插值法来确定区域的各固定元件的位置。

三个(至少)制图学标志物的位置(即，三个对应点)能够限定平面。该平面划分成类似矩阵地排列的多个部分。然后，相对于制图学标志物上各点的坐标确定每个部分的实际位置。每个固定元件可以与部分相关联，以使得能够相对于可活动构件确定每个固定元件的实际位置。也可以将多个固定元件与同一部分相关联。

在这种情况下，区域可包括在平面中延伸的板，所述板中设置有壳体，所述壳体中安装有固定元件。

优选地，自动机器为体外诊断装置，可活动构件为采样针或吸移管。

本发明还涉及用于实现上述方法的制图学标志物，其特征在于，该制图学标志物包括基础部和立柱部，基础部包括侧表面和端面，立柱部的横截面小于基础部的横截面且立柱部从基础部的端面伸出，所述立柱部包括与基础部相对的端面。优选地，基础部和/或立柱部为平行六面体形状。

通过参照附图阅读以非限制性示例的方式给出的以下说明，将更好地理解本发明，并且将披露本发明的其他细节、特征和有益效果，在附图中：

-图1是根据本发明的体外诊断自动机器的包括制图学标志物的部分平面图，

-图2是根据本发明的制图学标志物的实施方式的立体图，

-图3和图4分别是示出根据本发明的方法的制图学标志物和各连续步骤的示意性主视图和示意性平面图，

-图5是示出根据本发明的制图学标志物和搜寻步骤的示意性平面图，

-图6是示出本发明的变型实施方式的、与图5对应的视图，

-图7是示出上面安装有制图学标志物和管的板的示意性侧视图。

图1示出了自动体外诊断设备的一部分，具体为止血领域中的自动体外诊断设备的一部分。

该设备或自动机器包括固定框架，固定框架上面固定有板，板包括壳体，壳体中安装有例如呈瓶、管或反应碗形式的容器。该设备例如包括：旨在支撑容纳反应产品的瓶2的一个或多个板1、旨在支撑容纳血浆样品的管的板(未示出)、以及旨在支撑进行测量的反应碗4的板3。

该设备还包括至少一个机动臂5、6，机动臂5、6包括头部7、8，头部7、8能够沿笛卡尔坐标(X、Y、Z)或圆柱坐标(θ、r、Z)运动并设有一个或多个针9。在说明书的其他部分中，将使用笛卡尔坐标来阐述本发明，但是本发明也可以使用圆柱坐标。

针9设有电容检测装置(或者用于检测没有针的任何其他装置)，以使得具体能够检测针9与液体接触的位置。该检测装置通常由英文缩写LLD(代表液面检测)表示。该装置还能够检测针9与金属制图学标志物10之间的接触，金属制图学标志物10固定安装在板1、3上因而固定在空间中。

如图2更清晰可见，每个制图学标志物10包括呈立方体形式的基础部11，基础部11包括：大体平行于平面YZ定向的两个相对且大体竖直的面12a、12b；大体平行于平面XZ定向的两个相对且大体竖直的面13a、13b；以及大体平行于平面XY定向的两个相对且大体水平的面14a、14b。平面YZ、XZ和XY分别由轴Y和轴Z、轴X和轴Z以及轴X和轴Y限定。

面14a的顶部安装有呈立方体形式的立柱部15，立柱部15在平面XY中的横截面小于基础部11在平面XY中的横截面并且定位在面14a的中央。立柱部15的各面大体平行于基础部11的对应面。

当然，可以使用具有其他形式的制图学标志物10。基础部11和/或立柱部15可例如为圆柱形。

出于以下具体原因，每个板1、3或板1、3中的每个部分例如设置有三个制图学标志物10。

如前面所指出，例如由于制造自动机器的每个部件的方法(制造公差等)的影响，由于相对于彼此组装各部件的方法(例如组装间隙、人工组装期间的不精确性)的影响，或者由于使设置有上面安装针9的可活动头部7、8的臂5、6运动的方法(例如，通过步进电机来控制)的影响，生产这种自动机器必然存在不确定性。

然而，必须精确控制每个针9的端部相对于各容器2、4(瓶、管、碗)的位置，以防止针9撞击容器2、4的边缘。针9撞击容器2、4的边缘可能使得针9损坏或变形或者损害容器2、4，从而对反应产品或待分析样品造成污染。

出于该目的提出了本发明，以精确确定自动机器的每个制图学标志物10上至少一个点的坐标，其目的是由这些坐标来推导每个容器2、4的精确位置，其中容器2、4相对于制图学标志物10的位置已知并供参考。

图3和图4示出了根据本发明一个实施方式确定制图学标志物10的位置的方法。在这些附图中示出了可活动针9的端部和制图学标志物10的路径。

由O来定义面14b的中心，点O的坐标为XO、YO、ZO。基础部11的宽度由L表示，且立柱部15的宽度由l表示。

基于本发明的方法包括以下连续步骤。

首先，使针9通过高速运动靠近标志物10直至点A。这里由粗线表示高速运动。点A位于不确定区域之外。不确定区域是考虑了由于制造公差、组装间隙等引起的所有预估不可靠性并且有可能存在标志物10的区域。因此，确保了针9在朝向点A高速运动时不会撞击标志物10。

使点A与标志物10的基础部11的面12a的中心的预估位置相对(沿X轴)。

接着，使针9沿X轴且在该轴的正方向上低速运动(用虚线示出)。该运动通常由+X表示。持续该运动直至检测到针9与基础部11之间发生接触。接触点由B表示。

然后，确定点B的坐标XB，并且可根据公式XO＝XB+0.5L计算标志物10的坐标XO。

之后，使针9以运动-X(即，沿X轴且在负方向上)远离标志物10快速运动，例如运动了与基础部11的宽度L对应的量直至抵达点C。

然后，使针9沿+Y快速运动，例如运动了量L直至点D；之后使针9沿+X快速运动，例如运动了量1.5L直至点E。于是，点E处于与基础部11的面13b相对。随后使针9沿-Y低速运动，直至在点F处检测到针9与基础部11之间在面13b上发生接触。

随后，确定点F的坐标YF，并且可根据公式YO＝YF-0.5L计算标志物10的坐标YO。然后，针9沿+Y远离标志物10快速运动例如以返回点E。

然后，使针9的端部沿Z轴快速到达与立柱部15的面16的中心相对的点G。面16与基础部11的面14a相对并与该面14a平行。由于标志物10的结构的影响，面16的中心在平面XY中的坐标为XO、YO，且这些坐标已经预先确定。点G沿Z的位置以及点E与点G之间的路径使得能够避免针9与标志物10之间发生碰撞。

接下来，使针9沿-Z低速运动，直至在点H处与立柱部15的面16接触。然后，确定点H的坐标ZH，并且可以根据公式ZO＝ZF-(L+l)计算标志物10的坐标ZO。

随后，使针9的端部侧向偏移(即沿X和/或沿Y)，以处于与基础部11的面14a相对(点I)。然后，使针9沿-Z低速运动直至其与所述面14a(点J)接触。如果坐标ZJ满足例如等式ZJ＝ZH-l，则可保证坐标XO，YO和ZO正确。

然后，针9可远离标志物10快速运动并指向例如随后的制图学标志物10。

可针对每个制图学标志物10重复该方法，以针对每个标志物10确定标志物10的参考点O的坐标XO、YO、ZO。

图5示出不确定区域17大于标志物10的尺寸的情况。该情况中存在的风险有，当针9从点A开始运动时针9没有接触标志物10的面12a(未检测出点B)。在这种情况下，进行搜寻制图学标志物10的步骤，该步骤包括：使针9的端部运动以沿限定路径18掠过给定区域，直至所述端部与基础部11的侧面12a、12b、13a、13b中的一个接触，在该搜寻步骤期间所述端部沿Z轴的位置保持不变。

在图5所示的情况下，路径18具有螺旋形式，或者更具体地，具有由沿X轴和沿Y轴交替定向的连续线路限定的“方形”螺旋形式，构成该螺旋18的线路例如以量d彼此间隔开，其中量d为基础部11的宽度L的函数。

图6示出了变型实施方式，该变型实施方式与参照图5所公开的实施方式的不同之处在于，路径18具有所谓的梳形状并且包括在同一方向上(这里为方向Y)定向的连续线路，并且每个线路都在上述方向Y上穿过不确定区域17，所述线路例如沿X轴彼此偏离量d，其中该量d是基础部11的宽度L的函数。

如果在该搜寻步骤期间，针9的端部没有与标志物10接触，则该端部沿Z的坐标大于标志物10的面16或面14a沿Z的坐标。

在这种情况下，针9的端部再次位于不确定区域17之外，然后该端部沿-Z运动了例如为基础部11的宽度L的函数的量。随后，可以开始新的搜寻步骤。遵循该程序直至针9与标志物10之间构成接触。一旦构成接触(检测到点B)，则可继续上文详细说明的方法中的各种步骤(从点B开始)。

如前文所指出的，每个板1、3或板1、3的每个部分包括固定至板1、3的(至少)三个标志物10。以上描述的方法使得可精确确定每个标志物10的至少一个点O的坐标XO、YO、ZO。每个板1、3包括壳体，壳体中安装有容器2、4，壳体相对于前述点O的位置(因而容器的位置)已知并供参考。

各点O的确定使得可：修正关于平面XY的任何水平状态的缺失，即角度α(图7)，或者每个板1、3或板1、3的每个区域的弯曲或扭曲；然后通过插值法计算每个容器2、4上的至少一个点C的精确(或近似精确的)坐标。点C例如是对应容器2、4的开口中心。

一旦精确建立容器2、4的点C的坐标，便可使针9运动且具有确定性，且不存在与板1、3或容器2、4发生撞击的风险。

Claims (12)

1.用于确定自动机器的至少一个固定制图学标志物(10)的位置的方法，所述制图学标志物(10)包括基础部(11)和立柱部(15)，所述基础部(11)包括侧表面和端面(14a)，所述立柱部(15)的横截面小于所述基础部(11)的横截面且所述立柱部(15)从所述基础部(11)的端面(14a)伸出，所述立柱部(15)包括与所述基础部(11)相对的端面(16)，所述方法包括以下步骤：

(a)使可活动构件(9)运动直至其与所述基础部(11)的侧表面的第一区域(12a)接触，

(b)使所述可活动构件(9)运动直至其与所述基础部(11)的侧表面的第二区域(13b)接触，

(c)使所述可活动构件(9)运动直至其与所述立柱部(15)的端面(16)接触，

(d)使所述可活动构件(9)运动直至其与所述基础部(11)的端面(14a)接触，

(e)相对于所述可活动构件(9)推导所述制图学标志物(10)上的至少一个点(O)的坐标(XO，YO，ZO)，

所述方法还包括至少一个搜寻所述制图学标志物(10)的步骤，搜寻所述制图学标志物(10)包括：使所述可活动构件(9)运动以沿限定路径(18)掠过给定区域(17)，直至所述可活动构件(9)与所述基础部(11)的侧表面(12a、12b、13a、13b)接触，在所述搜寻步骤期间所述可活动构件(9)沿所述标志物(10)的纵轴(Z)的位置保持不变，在搜寻步骤期间所述可活动构件(9)没有与所述制图学标志物(10)的基础部(11)的侧表面(12a、12b、13a、13b)接触，则在所述可活动构件(9)沿所述标志物(10)的纵轴(Z)的不同位置处执行另一搜寻步骤。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于使用了标志物，所述标志物的基础部(11)具有包括两个相对的第一侧面(12a、12b)、两个相对的第二侧面(13a、13b)和两个相对的端面(14a、14b)的平行六面体形式，其中，所述两个相对的第一侧面(12a、12b)大体平行于由Y轴和Z轴限定的第一平面(YZ)延伸，所述两个相对的第二侧面(13a、13b)大体平行于由X轴和所述Z轴限定的第二平面(XZ)延伸，所述两个相对的端面(14a、14b)大体平行于由所述X轴和所述Y轴限定的第三平面(XY)延伸，所述X轴、所述Y轴和所述Z轴彼此正交，所述立柱部的端面(16)大体平行于所述第三平面(XY)。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

-将所述可活动构件(9)放置成与所述基础部(11)的第一侧面(12a、12b)中的一个侧面(12a)相对，

-使所述可活动构件(9)沿所述X轴运动，直至其与对应的所述第一侧面(12a)接触，

-相对于所述可活动构件(9)推导所述制图学标志物(10)上的至少一点(O)沿所述X轴的坐标(XO)，

-将所述可活动构件(9)放置成与所述基础部(11)的所述第二侧面(13a、13b)中的一个侧面(13b)相对，

-使所述可活动构件(9)沿所述Y轴运动，直至其与对应的所述第二侧面(13b)接触，

-相对于所述可活动构件(9)推导所述制图学标志物(10)上的至少一点(O)沿所述Y轴的坐标(YO)，

-将所述可活动构件(9)放置成与所述立柱部(15)的端面(16)相对，

-使所述可活动构件(9)沿所述Z轴运动，直至其与所述立柱部(15)的端面(16)接触，

-相对于所述可活动构件(9)推导所述制图学标志物(10)上的至少一点(O)沿所述Z轴的坐标(ZO)。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述可活动构件(9)与所述立柱部(15)的端面(16)接触之后，将所述可活动构件(9)放置成与所述基础部(11)的端面(14a)相对，然后使其沿所述Z轴运动直至其与所述基础部(11)的端面(14a)接触。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述搜寻步骤期间所述可活动构件(9)的所述路径(18)具有螺旋形状，或者包括在同一方向上定向且各自穿过将被扫掠的所述给定区域的连续线路，所述线路相对于彼此偏离。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过电容测量来检测所述可活动构件(9)与所述制图学标志物(10)的基础部(11)或立柱部(15)之间的接触。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于使用了自动机器，所述自动机器包括设置有固定元件的至少一个区域(1、3)，所述区域(1、3)包括至少三个制图学标志物(10)，通过步骤(a)至(e)相对于所述可活动构件(9)来确定每个制图学标志物(10)上的至少一个点(O)的位置，根据各所述制图学标志物(10)的点(O)的位置通过插值法来确定所述区域(1、3)的各固定元件(2、4)的位置。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述区域包括在平面中延伸的板(1、3)，所述板(1、3)中设置有壳体，所述固定元件(2、4)安装在所述壳体中。

9.根据权利要求7所述的方法，所述固定元件为样品、碗(4)或瓶(2)。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，利用体外诊断装置作为所述自动机器，所述可活动构件(9)为采样针或吸移管。

11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述制图学标志物(10)的所述基础部(11)呈平行六面体形状。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的方法，其特征在于，所述立柱部(15)呈平行六面体形状。