【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專(zhuān)利技術(shù)屬于細(xì)胞探針，具體涉及一種顯微操作細(xì)胞探針運(yùn)動(dòng)控制的結(jié)構(gòu)和方法。
技術(shù)介紹
1、目前，由于生物化學(xué)領(lǐng)域發(fā)展迅速，顯微操作成為生物實(shí)驗(yàn)中不可或缺的一部分，市面上相繼出現(xiàn)了各種各樣的顯微操作設(shè)備，但都為單獨(dú)使用的顯微鏡操作臂，且采用的多為步進(jìn)電機(jī)加絲杠的結(jié)構(gòu)，需要在顯微鏡下完成采樣后手動(dòng)去掉采樣針并固定在質(zhì)譜儀上，缺少與質(zhì)譜儀適配聯(lián)用的顯微操作臂，手動(dòng)操作的過(guò)程中手的抖動(dòng)可能會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞脫離探針，并且容易引入環(huán)境的灰塵或其他物質(zhì)。
2、為了實(shí)現(xiàn)顯微操作臂與質(zhì)譜儀聯(lián)用，首先需要保證在兩者之內(nèi)都可以正常運(yùn)行，在顯微鏡下需要至少三軸機(jī)械臂來(lái)控制采樣，在質(zhì)譜儀下需要至少與質(zhì)譜口垂直方向兩個(gè)自由度的機(jī)械臂，對(duì)于在水平放置的兩臺(tái)機(jī)器，這五個(gè)自由度并不能相互融合，所以至少需要一個(gè)五自由度機(jī)械臂。同時(shí)，因?yàn)椴蓸颖塾糜诩?xì)胞采樣，所以重復(fù)定位精度要足夠高。
3、現(xiàn)有的顯微操作設(shè)備，都為單獨(dú)使用的顯微鏡操作臂，需要在顯微鏡下完成采樣后手動(dòng)去掉采樣針并固定在質(zhì)譜儀上，手動(dòng)操作的過(guò)程中手的抖動(dòng)可能會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞脫離探針，并且容易引入環(huán)境的灰塵或其他物質(zhì)。且采用的多為步進(jìn)電機(jī)加絲杠的結(jié)構(gòu)，無(wú)法避免齒輪結(jié)構(gòu)帶來(lái)的背隙問(wèn)題，導(dǎo)致采樣臂精度下降，為此，本專(zhuān)利技術(shù)提供一種顯微操作細(xì)胞探針運(yùn)動(dòng)控制的結(jié)構(gòu)和方法。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本專(zhuān)利技術(shù)的目的是提供一種顯微操作細(xì)胞探針運(yùn)動(dòng)控制的結(jié)構(gòu)和方法，本專(zhuān)利技術(shù)為一款五自由度機(jī)械臂，xyz三軸為正交關(guān)系，r驅(qū)動(dòng)軸和t驅(qū)動(dòng)軸為加在前三軸機(jī)械臂末端的另外兩個(gè)
2、本專(zhuān)利技術(shù)采取的技術(shù)方案具體如下：
3、一種顯微操作細(xì)胞探針運(yùn)動(dòng)控制的結(jié)構(gòu)，包括設(shè)置在三軸機(jī)械臂輸出端的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括r驅(qū)動(dòng)軸以及t驅(qū)動(dòng)軸，所述細(xì)胞探針安裝在所述t驅(qū)動(dòng)軸輸出端，所述三軸機(jī)械臂以及所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)均電性連接上位機(jī)，所述上位機(jī)通過(guò)對(duì)所述三軸機(jī)械臂以及所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的控制，完成對(duì)細(xì)胞探針運(yùn)動(dòng)控制。
4、一種顯微操作細(xì)胞探針運(yùn)動(dòng)控制方法，所述運(yùn)動(dòng)控制方法包括以下步驟：
5、步驟一：上電回零；
6、將此時(shí)三軸機(jī)械臂以及驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的電機(jī)絕對(duì)位置標(biāo)記為零點(diǎn)；
7、步驟二：上位機(jī)控制；
8、通過(guò)上位機(jī)完成控制三軸機(jī)械臂以及驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的電機(jī)運(yùn)動(dòng)，完成對(duì)細(xì)胞探針運(yùn)動(dòng)控制；
9、步驟三：手柄控制；
10、通過(guò)霍爾搖桿產(chǎn)生的信號(hào)，經(jīng)過(guò)處理，控制r驅(qū)動(dòng)軸以及t驅(qū)動(dòng)軸對(duì)應(yīng)的電機(jī)運(yùn)動(dòng)，最終完成對(duì)細(xì)胞探針運(yùn)動(dòng)控制。
11、優(yōu)選地，所述步驟一的具體步驟如下：每次上電時(shí)，為保證探針不與顯微鏡以及質(zhì)譜儀干涉，r驅(qū)動(dòng)軸以及t驅(qū)動(dòng)軸進(jìn)入回零狀態(tài)，當(dāng)機(jī)構(gòu)觸發(fā)零點(diǎn)的限位開(kāi)關(guān)時(shí)，回零完成，將此時(shí)三軸機(jī)械臂、r驅(qū)動(dòng)軸以及t驅(qū)動(dòng)軸的電機(jī)絕對(duì)位置標(biāo)記為零點(diǎn)。
12、優(yōu)選地，所述步驟二中的具體步驟如下：在所述細(xì)胞探針進(jìn)行采樣以及質(zhì)譜掃描時(shí)，所述上位機(jī)通過(guò)串口發(fā)送位置信息，協(xié)議為自定義的18字節(jié)數(shù)據(jù)，其中前16字節(jié)數(shù)據(jù)為有效數(shù)據(jù)，后兩位為crc字段，下位機(jī)收到數(shù)據(jù)后進(jìn)行先crc16校驗(yàn)，校驗(yàn)通過(guò)后再判斷限位信息，若當(dāng)前處于限位狀態(tài)，使采樣臂遠(yuǎn)離零點(diǎn)方向的數(shù)據(jù)會(huì)發(fā)送到電機(jī)上，靠近零點(diǎn)的數(shù)據(jù)則舍棄掉，同時(shí)將錯(cuò)誤標(biāo)志位配置為到達(dá)限位狀態(tài)；若不處于限位狀態(tài)，則直接控制三軸機(jī)械臂、r驅(qū)動(dòng)軸以及t驅(qū)動(dòng)軸的電機(jī)運(yùn)動(dòng)。
13、優(yōu)選地，所述步驟二中，在所述細(xì)胞探針進(jìn)行采樣時(shí)，此時(shí)需要非常穩(wěn)定的末端，所以此時(shí)創(chuàng)新性的所述r驅(qū)動(dòng)軸以及所述t驅(qū)動(dòng)軸進(jìn)入鎖定模式，在鎖定模式下，所述r驅(qū)動(dòng)軸以及所述t驅(qū)動(dòng)軸伺服電機(jī)工作在力矩模式，電機(jī)會(huì)以對(duì)應(yīng)的力矩將所述r驅(qū)動(dòng)軸以及所述t驅(qū)動(dòng)軸壓在零點(diǎn)上，避免了游離的軸對(duì)采樣針末端的影響，并且該方案不需要單獨(dú)的機(jī)械結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)化了機(jī)械結(jié)構(gòu)并降低成本；
14、在所述細(xì)胞探針進(jìn)行質(zhì)譜掃描時(shí)，此時(shí)對(duì)末端抖動(dòng)要求沒(méi)那么高，可以以常規(guī)方式控制三軸機(jī)械臂、r驅(qū)動(dòng)軸以及t驅(qū)動(dòng)軸的電機(jī)運(yùn)動(dòng)。
15、優(yōu)選地，所述步驟三包括具體以下步驟：在手柄控制模式下，單片機(jī)adc采集到霍爾搖桿的電壓，adc原始數(shù)據(jù)范圍為0-4096，無(wú)操作時(shí)為2048，定義2028-2068為無(wú)操作區(qū)間；
16、為防止偶然的錯(cuò)誤信號(hào)導(dǎo)致末端抖動(dòng)，需要對(duì)adc采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，先判斷數(shù)據(jù)可信度，即連續(xù)超過(guò)10次數(shù)據(jù)不在無(wú)操作區(qū)間則認(rèn)為該數(shù)據(jù)為有效數(shù)據(jù)，再進(jìn)行低通濾波，平滑波形；處理后的數(shù)據(jù)并不是直接作用到電機(jī)上，還做限位判斷，只有在當(dāng)前r驅(qū)動(dòng)軸以及t驅(qū)動(dòng)軸不在零位時(shí)才會(huì)將數(shù)據(jù)傳遞到對(duì)應(yīng)的伺服電機(jī)上，控制對(duì)應(yīng)的伺服運(yùn)動(dòng)。
17、本專(zhuān)利技術(shù)取得的技術(shù)效果為：
18、本專(zhuān)利技術(shù)為一款五自由度機(jī)械臂，xyz三軸為正交關(guān)系，r驅(qū)動(dòng)軸和t驅(qū)動(dòng)軸為加在前三軸機(jī)械臂末端的另外兩個(gè)軸，因?yàn)榍叭齻€(gè)正交軸較容易實(shí)現(xiàn)，所以主要探討架設(shè)在前三軸末端的r驅(qū)動(dòng)軸和t驅(qū)動(dòng)軸，為實(shí)現(xiàn)高精度且無(wú)背隙的運(yùn)動(dòng)控制，這里創(chuàng)新性的采用了線傳動(dòng)的方案將直驅(qū)伺服電機(jī)的力矩傳遞到運(yùn)動(dòng)軸上，實(shí)現(xiàn)了零背隙下的38倍減速，將伺服電機(jī)的精度提升了38倍，達(dá)到末端500nm的重復(fù)定位精度。
19、本專(zhuān)利技術(shù)中，線傳動(dòng)減速結(jié)構(gòu)用于高精度顯微操作臂上；利用自定義的協(xié)議使用上位機(jī)控制顯微操作臂；鎖定模式將r驅(qū)動(dòng)軸以及t驅(qū)動(dòng)軸壓在零點(diǎn)上，確保r驅(qū)動(dòng)軸以及t驅(qū)動(dòng)軸不受環(huán)境震動(dòng)影響，增強(qiáng)采樣臂的抗擾性。
20、本專(zhuān)利技術(shù)中，將線傳動(dòng)減速結(jié)構(gòu)用在采樣臂上可以以非常低的成本做到很高的精度，且零背隙；鎖定模式使采樣臂對(duì)環(huán)境震動(dòng)不敏感，使末端在顯微鏡下更加穩(wěn)定；整機(jī)不需要復(fù)雜的算法，可在極低成本的mcu上運(yùn)行。
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1.一種顯微操作細(xì)胞探針運(yùn)動(dòng)控制的結(jié)構(gòu)，其特征在于：包括設(shè)置在三軸機(jī)械臂輸出端的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(1)，所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(1)包括R驅(qū)動(dòng)軸(11)以及T驅(qū)動(dòng)軸(12)，所述細(xì)胞探針安裝在所述T驅(qū)動(dòng)軸(12)輸出端，所述三軸機(jī)械臂以及所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(1)均電性連接上位機(jī)，所述上位機(jī)通過(guò)對(duì)所述三軸機(jī)械臂以及所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(1)的控制，完成對(duì)細(xì)胞探針運(yùn)動(dòng)控制。
2.一種顯微操作細(xì)胞探針運(yùn)動(dòng)控制方法，其特征在于：所述細(xì)胞探針為權(quán)利要求1中所述的細(xì)胞探針，所述運(yùn)動(dòng)控制方法包括以下步驟：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種顯微操作細(xì)胞探針運(yùn)動(dòng)控制方法，其特征在于：所述步驟一的具體步驟如下：每次上電時(shí)，R驅(qū)動(dòng)軸(11)以及T驅(qū)動(dòng)軸(12)進(jìn)入回零狀態(tài)，當(dāng)機(jī)構(gòu)觸發(fā)零點(diǎn)的限位開(kāi)關(guān)時(shí)，回零完成，將此時(shí)三軸機(jī)械臂、R驅(qū)動(dòng)軸(11)以及T驅(qū)動(dòng)軸(12)的電機(jī)絕對(duì)位置標(biāo)記為零點(diǎn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種顯微操作細(xì)胞探針運(yùn)動(dòng)控制方法，其特征在于：所述步驟二中的具體步驟如下：在所述細(xì)胞探針進(jìn)行采樣以及質(zhì)譜掃描時(shí)，所述上位機(jī)通過(guò)串口發(fā)送位置信息，協(xié)議為自定義的18字節(jié)數(shù)據(jù)，其中前16字節(jié)數(shù)據(jù)
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種顯微操作細(xì)胞探針運(yùn)動(dòng)控制方法，其特征在于：所述步驟二中，在所述細(xì)胞探針進(jìn)行采樣時(shí)，所述R驅(qū)動(dòng)軸(11)以及所述T驅(qū)動(dòng)軸(12)進(jìn)入鎖定模式，在鎖定模式下，所述R驅(qū)動(dòng)軸(11)以及所述T驅(qū)動(dòng)軸(12)伺服電機(jī)工作在力矩模式，電機(jī)會(huì)以對(duì)應(yīng)的力矩將所述R驅(qū)動(dòng)軸(11)以及所述T驅(qū)動(dòng)軸(12)壓在零點(diǎn)上；
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種顯微操作細(xì)胞探針運(yùn)動(dòng)控制方法，其特征在于：所述步驟三包括具體以下步驟：在手柄控制模式下，單片機(jī)ADC采集到霍爾搖桿的電壓，ADC原始數(shù)據(jù)范圍為0-4096，無(wú)操作時(shí)為2048，定義2028-2068為無(wú)操作區(qū)間；
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種顯微操作細(xì)胞探針運(yùn)動(dòng)控制的結(jié)構(gòu)，其特征在于：包括設(shè)置在三軸機(jī)械臂輸出端的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(1)，所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(1)包括r驅(qū)動(dòng)軸(11)以及t驅(qū)動(dòng)軸(12)，所述細(xì)胞探針安裝在所述t驅(qū)動(dòng)軸(12)輸出端，所述三軸機(jī)械臂以及所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(1)均電性連接上位機(jī)，所述上位機(jī)通過(guò)對(duì)所述三軸機(jī)械臂以及所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(1)的控制，完成對(duì)細(xì)胞探針運(yùn)動(dòng)控制。
2.一種顯微操作細(xì)胞探針運(yùn)動(dòng)控制方法，其特征在于：所述細(xì)胞探針為權(quán)利要求1中所述的細(xì)胞探針，所述運(yùn)動(dòng)控制方法包括以下步驟：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種顯微操作細(xì)胞探針運(yùn)動(dòng)控制方法，其特征在于：所述步驟一的具體步驟如下：每次上電時(shí)，r驅(qū)動(dòng)軸(11)以及t驅(qū)動(dòng)軸(12)進(jìn)入回零狀態(tài)，當(dāng)機(jī)構(gòu)觸發(fā)零點(diǎn)的限位開(kāi)關(guān)時(shí)，回零完成，將此時(shí)三軸機(jī)械臂、r驅(qū)動(dòng)軸(11)以及t驅(qū)動(dòng)軸(12)的電機(jī)絕對(duì)位置標(biāo)記為零點(diǎn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種顯微操作細(xì)胞探針運(yùn)動(dòng)控制方法，其特征在于：所述步驟二中的具體步驟如下：在所述細(xì)胞探針進(jìn)行采樣以及質(zhì)譜掃描時(shí)，所述上位機(jī)通過(guò)串口發(fā)送位置信息，...
【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：程超杰，李心硯，鄧潔薇，陶杰，欒天罡，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：廣東工業(yè)大學(xué)，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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