可调节移液器具量程并精确移液的机器人及其控制方法
专利汇可以提供可调节移液器具量程并精确移液的机器人及其控制方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 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。，下面是可调节移液器具量程并精确移液的机器人及其控制方法专利的具体信息内容。
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，
机器手或机械臂的另一端通过电磁场、接插件、滑块、轴承、齿轮、皮带、螺丝、绳索、粘合剂、丝杠、滑轮中的若干种，对移液器具进行移动、影响或操作。
5.根据权利要求4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：
包括可实现自动安装、拆卸、更换或切换的若干个移液器具，
机器手或机械臂可通过限位孔与定位销中的若干种方式实现与可拆卸移液器具相对位置的固定，完成两者之间的牢固接合、释放等操作，依靠夹持或紧固部件实现，也可以选择电场力或磁场力实现，具体的，采用磁场力的实现方式为采用电磁铁、永久磁铁、导磁金属中的若干种，
机器手或机械臂通过夹持或紧固部件的操控，或者电磁铁是否通电，实现对不同移液器具的固定、拆除、切换或更换，
也可以采用如下措施实现多个移液器具的切换：多个移液器具同时固定在机器手或机械臂的附近，通过移液器具位置的改变，实现不同移液器具的选择，进而实现切换。
6.根据权利要求5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：
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；电机的种类包括直流电机或交流电机，也包括步进电机、伺服电机、永磁电机、异步电机；机器手或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。
7.根据权利要求5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：
包括挂架，该挂架具有限位孔或定位销等位置限制措施，可由主控部分控制，针对若干个可拆卸移液器具，该挂架通过主控部分施加电场力或磁场力的方式，实现移液器具与挂架之间的挂接、摘取、位置相对固定等操作，其中磁场力的实现方式包括采用电磁铁或永久磁铁；包括摄像或录像装置，实现针对操控对象的信息识别，或现场影响信息的实时反馈。
8.根据权利要求1～权利要求7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：
若干滑轨固定于天花板、墙壁、地面或其它平面上，滑轨可以采用直线、折线或曲线等形状设计，机器手或机械臂通过滑块附着在滑轨上，通过沿滑轨滑动、可伸缩、可摆动、可旋转、具有若干自由度等方式中的一种或多种实现位移、伸缩或摆动，这样，在主控部分的控制下，机器手或机械臂可沿滑轨在一定范围内的三维空间定位、移动或针对液体进行操作。
9.根据权利要求1～权利要求7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：
同时包含机器手和机械臂的情形：
机械臂的一端与机器手通过磁场、接插件、粘合剂、线缆、螺钉中的若干种互相连接，该连接也可以采用焊接或一体成型的方式实现，
机械臂的另一端采用滑块、滑轮、丝杠、滑杆、磁悬浮等方式中的若干种，通过螺丝、粘合剂、电磁场、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控制性实现移动。
10.根据权利要求1～权利要求7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：
控制方法中，与位移相关的，以及对机器手、机械臂或其它目标物的定位方法为(以下公式中除时间以外的其它变量均为矢量)：
当机器手已经连续移动一段距离，途中经过n个位置传感器件(每个位置传感器件的相对坐标原点的位移分别为s1，s2，…，sn)并均经信号采集单元成功向主控部分发出信号，发出信号的时刻分别为t1，t2，…，tn，在这里：s1与t1对应；s2与t2对应；…；sn与tn对应，即脚标线同的变量互相对应，另外，出发点相对坐标原点的位移为s0，出发时刻t0＝0，主控部分根据这n组时间数据，可得到机器手的当前平均速度函数为：
假设该机器手或机械臂沿第k条路径移动(不同路径，位置变量m的含义不同)，出发点已知，该机器手或机械臂经过最后的位置传感器件为第n个位置传感器件，且自经过该位置传感器件位置的时刻始又继续行进了Δt的时间，则此时其相对原点的位置函数如下：
(1)当n大于等于2时，对于第k条路径的位置函数为(公式中除时间以外的其它变量均为矢量)：
当机器手或机械臂连续匀速运行时，该函数也可以写为(公式中除时间以外的其它变量均为矢量)：
(2)当n等于1时，对于第k条路径的位置函数为(公式中除时间以外的其它变量均为矢量)：
这里的 为历史经验数据中的平均速度；
(3)当n等于0时，即机器手或机械臂没有经过任何位置传感器件，对于第k条路径的位置函数为(公式中除时间以外的其它变量均为矢量)：
这里的 为历史经验数据中的平均速度。
可调节移液器具量程并精确移液的机器人及其控制方法
技术领域
背景技术
发明内容
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。
机械臂的另一端采用滑块、滑轮、丝杠、滑杆、磁悬浮等方式中的若干种，通过螺丝、粘合剂、电磁场、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控制性实现移动，
本发明可包括挂架，也可不包括挂架，在包括挂架的情形：挂架可由主控部分控制，针对若干个可拆卸移液器具，该挂架具有限位孔或定位销等位置限制措施，通过主控部分施加电场力或磁场力的方式，实现移液器具与挂架之间的挂接、摘取、位置的相对固定等操作，其中磁场力的实现方式包括采用电磁铁或永久磁铁。
(2)实现现场影响信息的实时反馈，包括但不限于整体或活动部件位置信息、现场运行状况信息的采集与辨别。
(2)通过机器手(或机器臂、机械手、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；
(3)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，这里可以采用两种方式：方式一可以采用弹簧、橡胶带或其它具有弹性、弹力的物质实现的移液器具活塞上的弹性施力措施，方式二不使用方式一中的弹性施力措施，依靠移液器具的活塞因移液器具自身具有的弹力行至之前调节的量程位置，即可自动稳定限位的特性，实现液体的定量精确抽取；
(4)通过机器手(或机器臂、机械手、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(指刚好能够推挤出移液器具内部全部液体的活塞位置)、用户预先设置的基准位置或底部0刻度位置以下，实现液体准确释放至目的地；
(5)直接接续进行下一轮移液操作，或先通过机器手(或机器臂、机械手、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。
(1)当n大于等于2时，对于第k条路径的位置函数为(公式中除时间以外的其它变量均为矢量)：
当机器手或机械臂连续匀速运行时，该函数也可以写为(公式中除时间以外的其它变量均为矢量)：
(2)当n等于1时，对于第k条路径的位置函数为(公式中除时间以外的其它变量均为矢量)：
这里的 为历史经验数据中的平均速度；
(3)当n等于0时，即机器手或机械臂没有经过任何位置传感器件，对于第 k条路径的位置函数为(公式中除时间以外的其它变量均为矢量)：
这里的 为历史经验数据中的平均速度。
附图说明
具体实施方式
(2)通过图2标号4所示的机器手、图2标号2所示的机械臂移动图3标号2 所示的移液器具，使移液器具取液一端插入试剂瓶或涂板中的液体，并保证抽取或蘸取液体的过程中移液器具取液一端始终浸没于液体之中；
(3)控制图3标号9所示的活塞控制电机将移液器具的活塞拉至之前图3标号 8所示调节量程刻度电机所调节的量程位置或该量程位置之上，实现按设置容量对液体的精确抽取，这里可以采用两种方式：方式一可以采用弹簧实现的移液器具活塞(图3标号1所示)上的弹性施力措施，方式二不使用方式一中的弹性施力措施，依靠图3标号1所示移液器具的活塞因移液器具自身具有的弹力行至之前调节的量程位置，即可自动稳定限位的特性，实现液体的定量精确抽取；
(4)通过图2标号4所示的机器手、图2标号2所示的机械臂移动移液器具至目的地，通过控制活塞电机(图3标号9所示)将移液器具的活塞推至底部0 刻度位置(指刚好能够推挤出移液器具内部全部液体的活塞位置)、用户预先设置的基准位置或底部0刻度位置以下，实现液体准确释放至目的地(图3标号7所示的孔板或涂板)；
(5)直接接续进行下一轮移液操作，或先通过图2标号4所示的机器手、图2 标号2所示的机械臂移动移液器具(图3标号2所示)至废弃吸头收集盒(图 2标号8所示)的位置，卸除吸头电机(图3标号7所示)动作实现吸头(图3 标号6所示)的卸除，然后再接续进行下一轮移液操作或停止作业。
0。主控部分根据这n组时间数据，可得到机器手的当前平均速度函数为：
假设该机器手或机械臂沿第k条路径移动(不同路径，位置变量m的含义不同)，该机器手或机械臂经过最后的位置传感器件为第n个位置传感器件，且自经过该位置传感器件位置的时刻始又继续行进了Δt的时间，则此时其相对原点的位置函数如下：
(1)当n大于等于2时，对于第k条路径的位置函数为：
当机器手或机械臂连续匀速运行时，该函数也可以简写为：
(2)当n等于1时，对于第k条路径的位置函数为：
这里的 为历史经验数据中的平均速度；
(3)当n等于0时，即机器手或机械臂没有经过任何位置传感器件，对于第 k条路径的位置函数为：
这里的 为历史经验数据中的平均速度。
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