一種全自動微柱凝膠卡檢測儀的製作方法
2023-11-02 06:18:52
一種全自動微柱凝膠卡檢測儀的製作方法
【專利摘要】本發明提供一種全自動微柱凝膠卡檢測儀，包括控制器與設於工作檯上端面的離心器、盒式圖像採集器和卡片盒，所述工作檯的上端面還固設有孵育器，工作檯的上方設有由所述控制器進行控制移動的三坐標卡片抓取機械手，所述三坐標卡片抓取機械手通過支柱與工作檯連接並位於所述的離心器、盒式圖像採集器、卡片盒和孵育器的上方；所述盒式圖像採集器的上端面連接有掃描器。通過三坐標抓取機械手實現X、Y、Z方向的三維移動與抓取，實現了加樣後的微柱凝膠卡從卡片盒中取卡、孵育、離心、判讀和回送卡入盒的等全自動操作，提高了檢測效率與準確性。
【專利說明】—種全自動微柱凝膠卡檢測儀
【技術領域】
[0001]本發明涉及醫療器械【技術領域】，尤其涉及一種全自動微柱凝膠卡檢測儀。
[0002]
【背景技術】
[0003]目前臨床血液檢測普遍採用操作簡單、結果明確、穩定的卡式檢測法，其是利用生物化學凝膠過濾技術和離心技術及免疫學抗原抗體特異性反應相結合的產物，通過調節凝膠的濃度來控制凝膠間隙的大小，使其間隙只能允許游離的紅細胞通過，從而使游離的紅細胞和聚集的紅細胞分離。檢測原理是:當抗原、抗體反應，血細胞發生凝集，離心時，凝集塊不能通過凝膠間隙，而留在凝膠孔的上層，則呈陽性反應。未凝集的血細胞離心時可通過凝膠間隙，而沉積在凝膠孔的底部，則呈陰性反應。
[0004]目前市場上用於血液檢測的微柱凝膠卡，根據檢測目的分為多種類別，而不同類別的微柱凝膠卡檢測時，有的需要孵育，而有的不需要孵育。各種類別的檢測卡主要的檢測操作流程為:加樣、孵育、離心和判讀等過程。手工操作步驟如下:第一步，操作員先將微柱凝膠卡經手工編號並加樣；第二步，根據本次檢測是否需要孵育，若需要則將卡片插入孵育器，手動開啟孵育器進行孵育。若不需要孵育，此步可以略去；第三步，將卡片放入離心機，手動開動離心機，進行離心；第四步，待離心過程完成後將微柱凝膠卡取出，通過肉眼對其進行實驗結果的判讀，並手動記錄結果。這樣的操作與判讀過程全程需要操作員手動操作，自動化程度極低，耗費大量人力和時間；而且對於相同結果，不同操作員判讀可能會給出不同判讀結果而帶來誤差，因此肉眼判讀不利於檢測結果的標準化。
[0005]在微柱凝膠卡的檢測流程中，孵育和離心都需要較長的時間。由於不同類別的微柱凝膠卡檢測時存在需要或不需要孵育的區別，也就形成了不同類別卡檢測流程(檢測時間)長短不一。當卡片較多時，孵育和離心都需要分多批進行，這樣就存在類別混合和檢測流程優化的問題。若不加處理，就會大大增加檢測時間，降低檢測效率。
[0006]目前市場上已有用於血液檢測的微柱凝膠卡檢測儀，檢測儀的主要功能為自動完成加樣、孵育、離心和判讀等過程。但主要存在如下問題:(1)檢測流程相對固定，不支持不同類別卡片的混合檢測流程；(2) —次處理的樣本數量有限，對於數量較大的樣本，需要多次裝載，多次啟動檢測儀，使用不便；(3)檢測完成後的卡片直接投入垃圾桶而不回送，不支持檢測後期的人工校核；(4)檢測儀操作流程單一、檢測時間較長等。
[0007]
【發明內容】
:
本發明就是要解決上述不足，提供一種全自動微柱凝膠卡檢測儀，實現從加樣後的微柱凝膠卡片盒中抓取卡片、類型識別、孵育、離心、判讀、回送卡片盒等一系列動作的全自動化。
[0008]本發明技術問題可通過下列技術方案予以解決:
一種全自動微柱凝膠卡檢測儀，包括控制器與設於工作檯上端面的離心器、盒式圖像採集器和卡片盒，所述工作檯的上端面還固設有孵育器，工作檯的上方設有由所述控制器進行控制移動的三坐標卡片抓取機械手，所述三坐標卡片抓取機械手通過支柱與工作檯連接並位於所述的離心器、盒式圖像採集器、卡片盒和孵育器的上方；所述盒式圖像採集器的上端面連接有掃描器。
[0009]進一步，所述三坐標卡片抓取機械手包括底架，所述底架的相對邊由橫梁連接，所述橫梁的兩端分別通過第一滑塊與固設於底架上的第一導軌進行滑動連接，所述第一滑塊連接有第一電機並由其驅動沿著所述第一導軌移動；所述橫梁的側邊固設有第二導軌，所述第二導軌上設有第二滑塊，所述第二滑塊連接有第二電機並由其驅動沿著第二導軌進行移動；所述第二滑塊另一端設有垂直方向的槽，所述槽內滑動設置有移動杆，所述移動杆連接有第三電機並由其驅動沿著所述的槽進行移動；所述移動杆的底端連接有抓手。
[0010]更進一步，所述第一電機的輸出軸通過同步帶與第一滑塊連接。
[0011]所述第二滑塊上固設有支撐板，所述支撐板頂端固設有第二電機，所述第二電機的輸出端設有與固設於橫梁上端面的第一齒條相配合的第一齒輪；所述槽開設於所述支撐板上。
[0012]述第三電機的輸出端設有第二齒輪，所述移動杆的外端面設有與所述第二齒輪相配合的齒條；所述第三電機固設於橫梁上。
[0013]更進一步，所述第一電機、第二電機和第三電機均為伺服電機，其輸入端分別與所述的控制器連接。
[0014]進一步，所述盒式圖像採集器包括一盒體，所述盒體的上端面中間開設有用於插入微柱凝膠卡的卡槽，所述盒體內設有採集圖像的照像機和照明燈。
[0015]進一步，所述孵育器為上端面開設有用於插入微柱凝膠卡的卡槽的盒體結構，所述孵育器的電源開關與所述控制器電連接。
[0016]進一步，所述離心器包括離心盤，所述離心盤的主軸與伺服電機連接由伺服電機驅動其轉動；所述離心盤為放射型。
[0017]進一步，所述控制器交互式連接有計算機，所述照相機輸出端與所述計算機連接。
[0018]本發明中三坐標卡片抓取機械手從卡片盒中取出微柱凝膠卡(以下簡稱為卡片)，依次(或分別)送至掃描器、孵育器、圖像採集器和離心器，最後再送回卡片盒中。全部的操作過程由控制器中的？IX控制。其結構布置為:卡片盒、掃描器、孵育器、盒式圖像採集器、離心器等設置在檢測儀工作區的下部，而三坐標卡片抓取機械手設置在工作區的上部，可實現上部機械手抓取的卡片能送達下部的各個功能器中。各功能器的特徵與技術方案如下:
(1)卡片盒:採用盒狀結構，放置在工作檯上端面的一端，設有最少48個槽，可滿足一次裝載48片加樣後的微柱凝膠卡，並可實現檢測類別混裝，即一次加載的卡片不要求類別相同，不同類別卡片的插槽位置也不受限制。
[0019](2)掃描器:採用通用條碼掃描器，設置在盒式圖像採集器的上方。掃描器可實現對卡片上的條碼進行掃描，獲取卡片類別、有效期、卡片編號以及其它附加信息。
[0020](3)盒式圖像採集器:為上端面開有卡槽的盒體，盒體內放置照像機，並提供能滿足拍照的足夠光線，同時也可防止盒外光線對圖像採集的影響，大大提高了圖像採集的質量。當卡片從圖像採集器盒上部的開槽插入後，就可進行圖像採集。
[0021](4)孵育器:採用盒狀結構，提供可控於一定溫度的孵育空間，孵育器上部開有24個槽，當卡片插入槽中就開始孵育。孵育器支持單卡片的即插即用，而無需達到一定批量後的多卡同步孵育。孵育器自帶溫控系統，開啟後，可保持孵育空間穩定在指定溫度範圍。
[0022](5)離心器:嵌在工作檯上的，主要由12槽放射型布置的離心盤、伺服電機和外殼組成。伺服電機可實現可控轉速和精確的角度定位功能。
[0023](6)三坐標卡片抓取機械手由第一伺服電機驅動第一滑塊沿著第一導軌上移動，從而可實現滑塊帶動橫梁一起進行左右移動。第二伺服電機驅動第二滑塊沿著第二導軌上移動，從而實現第二滑動帶動移動杆及抓手一起進行前後移動。而第三伺服電機驅動移動杆沿著槽進行上下移動，實現抓手的上下移動。然後抓手由直流抓取電機驅動，控制抓手開、合，實現對卡片的抓取和施放。
[0024]第一伺服電機、第二伺服電機和第三伺服電機的驅動均由控制器進行控制，控制器交互式連接有計算機，可實現與計算機進行雙向通訊，並接收計算機發出的指令進行相關操作。所述圖像採集器中的照像機輸出端與所述計算機連接，通過計算機實現數據的採集、分析、判讀與管理等功能。所述掃描器輸出端與所述計算機連接，通過計算機實現數據的採集、分析與管理等功能。
[0025]本發明的檢測儀具體的操作過程如下:
(1)首先由操作人員將裝載有加樣後微柱凝膠卡的卡片盒放置在工作檯一端，開啟檢測程序，檢測儀進入自動操作流程。
[0026](2)三坐標卡片抓取機械手在三個伺服電機的驅動下，將抓手移到卡片盒的指定位置，並由抓取電機控制抓手從盒中抓取一張微柱凝膠卡片。
[0027](3)三坐標卡片抓取機械手帶著抓取的卡片一起，由第一伺服電機、第二伺服電機控制在水平面上移動至圖像採集器上方。再由第三伺服電機控制移動杆的上下移動，將卡片插入圖像採集器中。由於掃描器位於圖像採集器上方，所以在卡片插入圖像採集器時，卡片經過掃描器，實現了對卡片的掃描和卡片初始圖像的採集。掃描信息和圖像信息傳輸給計算機，實現對其進行分類、有效性識別和信息存儲。
[0028](4)根據分類、有效性識別的結果，分別進行後續的操作。若當前卡片無效，則將卡片送回卡片盒，並提示卡片有效性出錯；若當前卡片屬於需要孵育的類別，則由三坐標卡片抓取機械手帶卡片移至孵育器上方，插入相應的孵育器槽中進行孵育。若此時孵育器沒有空槽，則將卡片回送卡片盒，等待有空時再插入；若當前卡片屬於不需要孵育的類別，則由三坐標卡片抓取機械手帶卡片移至離心器上方，插入相應的離心器槽中準備離心。若此時離心器槽沒有空槽，則將卡片回送卡片盒，等待有空時再插入。
[0029](5)上述的(2^(3^ (4)步重複進行，直到全部卡片前處理完成。
[0030](6)當離心盤中卡片滿槽，或不再有沒有離心的卡片時，啟動離心器中的伺服電機使離心盤按要求以一定轉速運轉設定的時間。
[0031](7)離心完成後，由離心器中的伺服電機驅動，通過角度定位，依次將槽中卡片轉至取卡位置，再由三坐標卡片抓取機械手將微柱凝膠卡從離心器中取出，移至圖像採集器上方，插入圖像採集器中採集離心後的卡片圖像，並將採集的圖像信息傳輸給計算機進行判讀。完成圖像採集後，機械手將卡片回送卡片盒。此項工作連續執行，直至清空離心器。
[0032](8)再次加載離心卡片時，若有已完成孵育的卡片時，優先從孵育器中抓取卡片送至離心器。若離心器中還有空槽，才從卡片盒中抓取已完成前處理的卡片。
[0033](9)若孵育器中有空槽時，即時將已完成前處理並需要孵育的卡片從卡片盒中抓取，直接送入孵育器的空槽中。
[0034](10)當卡片盒中裝載的卡片，全部完成了離心後的判讀，並回送卡片盒後,整個檢測流程完成，操作人員可取出卡片盒。
[0035]所以本發明與現有相關技術相比其有益效果有:
(1)本發明設計科學，結構合理，實現了檢測過程的全程自動化。
[0036](2)本檢測儀增加了卡片盒，實現多達48卡片的一次裝載，支持混合優化並行操作流程，並可實現檢測完成後的卡片回送，可滿足檢測後期的校核檢查的需要。且大批量卡片一次裝載後，檢測期間不需人工進行值守，大大方便了操作者。
[0037](3)本檢測儀增加了孵育器，對有孵育要求的卡片進行孵育，實現了流程化的檢測，提高了檢測效率與檢測準確性。
[0038](4)本發明採用掃描器採集微柱凝膠卡的識別碼傳輸給計算機以判斷該卡的類別和是否有效，提高了用卡安全，避免了用卡錯誤。
[0039](5)本發明採用了盒式圖像採集器採集微柱凝膠卡離心後的圖像信息，並由計算機軟體進行自動判讀和保存。從而實現用電子設備代替人眼對微柱凝膠卡離心結果進行識別與判讀，極大提高了判斷的準確性和快速性，並使結果判讀標準化；同時還提高了判讀的準確性，為臨床診斷提供原始統計信息，並方便了原始數據的統計查詢，以及便於檢測信息的大數據處理。
[0040](6)本發明採用三坐標卡片抓取機械手實現卡片在多個功能器間的轉移，機械手由控制器控制伺服電機動作，再由伺服電機驅動抓手位置的移動，從而可高效準確全自動地完成微柱凝膠卡從卡片盒中的抓取、識別、孵育、離心、採集判讀與回送卡片盒的全過程，提高了工作效率並大大減輕了人的勞動強度。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0041]圖1是本發明的結構主視圖；
圖2是本發明的結構俯視圖；
圖3是本發明中三坐標抓取機械手機構的立體圖；
圖4是本發明中的盒式圖像採集器的俯視圖。
[0042]圖5是本發明中的離心器主視圖；
圖中:1-三坐標抓取機械手，1-1第一導軌,1-2第一滑塊,1-3第一伺服電機,1-4同步帶，1-5橫梁，1-6第二導軌，1-7第二滑塊，1-8第二伺服電機，1-9第一齒輪，1-10第一齒條，1-11移動杆，1-12第二齒輪，1-13第二伺服電機，1-14抓手，1-15底架，1-16支撐板；2-掃描器，3-盒式圖像採集器，3-1照像機，3-2卡槽，3-3盒體，3-4照明燈；4-離心器,4-1離心盤，4-2伺服電機；5-卡片盒，6-孵育器，7-工作檯。
[0043]
【具體實施方式】
[0044]如圖1、圖2所示，一種全自動微柱凝膠卡檢測儀，包括控制器與設於工作檯7上端面的離心器4、盒式圖像採集器3和卡片盒5，所述工作檯7的上端面還固設有孵育器6，工作檯7的上方設有由所述控制器進行控制移動的三坐標卡片抓取機械手1，所述三坐標卡片抓取機械手1通過支柱與工作檯7連接並位於所述的離心器、盒式圖像採集器、卡片盒和孵育器的上方；所述盒式圖像採集器3的上端面連接有掃描器2。所述控制器交互式連接有計算機，所述盒式圖像採集器3中的照相機的輸出端與所述計算機連接。
[0045]如圖3所示，三坐標卡片抓取機械手包括底架1-15，底架1-15的相對邊由橫梁1-5連接，所述橫梁1-5的兩端分別通過第一滑塊1-2與固設於底架上的第一導軌1-1進行滑動連接，所述第一滑塊1-2通過同步帶1-4與第一伺服電機1-3連接，並由其驅動沿著第一導軌1-1移動；所述橫梁1-5的側邊固設有第二導軌1-6，所述第二導軌1-6上設有第二滑塊1-7，所述第二滑塊1-7的另一端固設有支撐板1-16，所述支撐板1-16頂端固設有第二伺服電機1-8，第二伺服電機1-8的輸出端設有與固設於橫梁1-5上端面的第一齒條1-10相配合的第一齒輪1-9 ；第二伺服電機1-8驅動第二滑塊1-7沿著第二導軌1-6進行移動；所述支撐板1-16的另一端開設有垂直方向的槽，所述槽內滑動設置有移動杆1-11，移動杆1-11的底端連接有抓手1-14，橫梁1-5上固設有第三伺服電機1-13，第三伺服電機1~13的輸出端設有第二齒輪1-12，所述移動杆1-11的外端面設有與所述第二齒輪1-12相配合的齒條。
[0046]所述第一伺服電機、第二伺服電機和第三伺服電機均的輸入端分別與所述的控制器連接進行驅動。所述孵育器為上端面開設有用於插入微柱凝膠卡的卡槽的盒體結構，所述孵育器的電源開關與所述控制器電連接。
[0047]如圖4所示，盒式圖像採集器包括一盒體3-3，所述盒體3-3的上端面中間開設有用於插入微柱凝膠卡的卡槽3-2，所述盒體3-3內設有採集圖像的照像機3-1和用於照明的照明燈3-4。
[0048]如圖5所示，所述離心器包括離心盤4-1，所述離心盤4-1的主軸與伺服電機4-2連接由其驅動轉動；所述離心盤4-1為放射型。
[0049]操作時，三坐標抓取機械手可實現乂、1、2方向的三維移動，其中X方向:第一伺服電機1-3，驅動同步帶1-4帶動第一滑塊1-2進行左右移動。連接第一滑塊1-2的橫梁1-5
方向)隨第一滑塊1-2 —起左右移動，即而實現機械手的抓手1-14在X方向上的位置移動。X方向上:第二伺服電機1-8驅動第一齒輪1-9與第一齒條1-10哨合，驅動橫梁1-5上的第二滑塊1-7前後移動，即實現了機械手的抓手1-14在X方向上的位置移動。2方向:第三伺服電機1-13驅動第二齒輪1-12與帶齒條的移動杆1-11嚙合，驅動移動杆1-11上下移動，可實現機械手的抓手1-14在2方向位置移動。
[0050]當需要從卡片盒5中取卡時，首先驅動三坐標抓取機械手在X、？兩方向移動，定位在指定卡片上方。再由2方向下移抓手1-14至適當位置，抓手1-14抓住卡片，再由2方向上移抓手1-14，取出卡片。當需要掃描和圖像採集時，先將機械手沿X』兩方向移動，定位於掃描器2和盒式圖像採集器3的上方。再由2方向下移抓手，使卡片通過掃描器2，並插入盒式圖像採集器3，可完成掃描和圖像採集。信息採集完成後，上移抓手1-14。插入孵育器和插入離心器的操作類似。
[0051]當抓手1-14帶卡片經過掃描器2時，由計算機發出開啟指令，進行掃描獲取相關信息。當抓手1-14帶卡片插入盒式圖像採集器中後，由計算機發出採集指令，進行圖像信息的採集，並送至計算機中加以處理。
[0052]啟動本檢測儀後，孵育器6內始終保持設定的溫度，孵育器6自帶溫度控制系統，控制器只對其電源進行開啟與關閉控制。當抓手1-14將卡片插入孵育器6槽中，該卡片就開始孵育，同時控制器開始計時。當卡片的孵育時間達到規定值後，控制器將發信息給計算機，通知該卡片可以進行離心操作。
[0053]由控制器控制抓手1-14依次將滿足離心條件的卡片插入離心器4的槽中，當離心器4的12個槽插入滿，或已沒有需要離心的卡片時，由控制器發出指令，由伺服電機4-2帶動離心盤4-1按規定的轉速和時間進行離心。在抓手1-14向離心器4的槽中插入卡片時，以及抓手1-14從離心器4的指定槽中抓取卡片時，由控制器控制伺服電機4-2轉過一定的角度，可滿足插入與抓取的需要。
[0054]以上實施例並非僅限於本發明的保護範圍，所有基於發明的基本思想而進行修改或變動的都屬於本發明的保護範圍。
【權利要求】
1.一種全自動微柱凝膠卡檢測儀，包括控制器與設於工作檯上端面的離心器、盒式圖像採集器和卡片盒，其特徵在於:所述工作檯的上端面還固設有孵育器，工作檯的上方設有由所述控制器進行控制移動的三坐標卡片抓取機械手，所述三坐標卡片抓取機械手通過支柱與工作檯連接並位於所述的離心器、盒式圖像採集器、卡片盒和孵育器的上方；所述盒式圖像採集器的上端面連接有掃描器。
2.根據權利要求1所述的一種全自動微柱凝膠卡檢測儀，其特徵在於:所述三坐標卡片抓取機械手包括底架，所述底架的相對邊由橫梁連接，所述橫梁的兩端分別通過第一滑塊與固設於底架上的第一導軌進行滑動連接，所述第一滑塊連接有第一電機並由其驅動沿著所述第一導軌移動；所述橫梁的側邊固設有第二導軌，所述第二導軌上設有第二滑塊，所述第二滑塊連接有第二電機並由其驅動沿著第二導軌進行移動；所述第二滑塊另一端設有垂直方向的槽，所述槽內滑動設置有移動杆，所述移動杆連接有第三電機並由其驅動沿著所述的槽進行移動；所述移動杆的底端連接有抓手。
3.根據權利要求2所述的一種全自動微柱凝膠卡檢測儀，其特徵在於:所述第一電機的輸出軸通過同步帶與第一滑塊連接。
4.根據權利要求2所述的一種全自動微柱凝膠卡檢測儀，其特徵在於:所述第二滑塊上固設有支撐板，所述支撐板頂端固設有第二電機，所述第二電機的輸出端設有與固設於橫梁上端面的第一齒條相配合的第一齒輪；所述槽開設於所述支撐板上。
5.根據權利要求2所述的一種全自動微柱凝膠卡檢測儀，其特徵在於:所述第三電機的輸出端設有第二齒輪，所述移動杆的外端面設有與所述第二齒輪相配合的齒條；所述第三電機固設於橫梁上。
6.根據權利要求2所述的一種全自動微柱凝膠卡檢測儀，其特徵在於:所述第一電機、第二電機和第三電機均為伺服電機，其輸入端分別與所述的控制器連接。
7.根據權利要求1所述的一種全自動微柱凝膠卡檢測儀，其特徵在於:所述盒式圖像採集器包括一盒體，所述盒體的上端面中間開設有用於插入微柱凝膠卡的卡槽，所述盒體內設有採集圖像的照像機和照明燈。
8.根據權利要求1所述的一種全自動微柱凝膠卡檢測儀，其特徵在於:所述孵育器為上端面開設有用於插入微柱凝膠卡的卡槽的盒體結構，所述孵育器的電源開關與所述控制器電連接。
9.根據權利要求1所述的一種全自動微柱凝膠卡檢測儀，其特徵在於:所述離心器包括離心盤，所述離心盤的主軸與伺服電機連接由伺服電機驅動其轉動；所述離心盤為放射型。
10.根據權利要求1所述的一種全自動微柱凝膠卡檢測儀，其特徵在於:所述控制器交互式連接有計算機，所述照相機輸出端與所述計算機連接。
【文檔編號】G01N35/00GK104360089SQ201410613187
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年11月5日 優先權日:2014年11月5日
【發明者】唐濤 申請人:合肥天一生物技術研究所