全自动生化仪加样系统研究

发布时间：2020-09-24 21:10

　　随着社会的发展,人们对个人健康越来越关注,小到感冒,大到重大疾病,都离不开抽血化验。生化分析在现今的医院中越来越普及,县级医院都已有了专门的检验科,自动生化分析早已成为检验科的临床检验的一个必备工具。国内医院使用的生化分析仪80%以上是由国外引进,价格非常昂贵,而国产生化仪的发展还处在初级阶段,大多是中低端机型,测量速度和精度相对较低。在这样的背景下,本文对国内现有生化仪的加样系统进行了研究,并提出了改善的方案,以改善加样系统的测试性能。国外生化仪的加样系统使用的零件相对比较高端,价格也相对比较昂贵,本文拟在不增加硬件的基础上,使用运动控制的方法对加样系统工作路径进行合理规划,发挥加样系统的提速空间和改善加样臂运动的平稳性。加样针末端的振动也是影响加样系统精度的因素之一,本文拟使用有限元分析等方法分析加样系统的振动,提出抑振方法,改善加样系统的振动特性,降低加样系统振动对微量加液的精度的影响。本文研究的生化仪的加样系统采用注射装置进行吸排液,加样系统吸排液的精度与液路气密性、注射器丝杆的精度、注射器腔的精度等多种因素有关,本文拟通过对微量注射装置的控制进行补偿,提升微量加液的准确精度,提高现有加样系统的性能。国外机型的加样系统一般采用专用运动控制卡,而当前研究的国产加样系统主要由6颗51单片机和单任务软件控制,电子和固件相对较低端,本文拟采用单颗ARM芯片和单颗FPGA芯片组合,搭载Ucos系统,为前面的运动控制、注射器补偿提供相对高效的运行平台,得到一个相对较完整的加样系统改进方案。文章最后对改进后的加样系统进行了实验测试,证明本文提出的改进方案是有效的。
【学位单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TH776
【部分图文】：

3D结构模型,加样

目前国外和国内的全自动生化分析仪的加样臂的运动基本都是单运行，单轴运动串联运动的好处是较容易控制，且故障率相对较低度提升的空间较小。本文尝试使用多轴联动的控制方法控制加样臂这种方法来提升加样系统的运行速度，并在仿真平台上验证，最后方案的可行性。样系统建模联动通常是指机床上的多个坐标轴同时加工，并且可以在数控系统调运动进行。本文研究的加样系统与机床有着很多相同点，以加样心为坐标系原点，针尖的运动轨迹也是在三维立体空间里，也会在旋转坐标系里同时进行运动，因此加样系统的控制也可以参考多轴系统有旋转加样臂、样本管、清洗池、反应杯组成，其中加样针固，加样针随加样臂的运动进行纵向移动及旋转运动，以实现试样在池、反应杯的转移。结构模型如图 2-1 所示：

坐标系,变换关系,几何参数,结构模型

哈尔滨工业大学工程硕士学位论文据结构特点建立坐标系如下：坐标系{0}：与加样针尖起始位置高度共面，以移动臂为 Z0轴，方向旋转臂的交点为 O0点，根据右手定则确定 X0轴和 Y0轴。样臂纵向移动关节坐标系{1}：Z1轴与原点坐标系的 Z0轴共线，方向点位置在 Z1轴上沿 Z1轴滑动，形成移动关节，根据右手定则确定 X1轴样臂旋转关节坐标系{2}：Z2轴与移动关节坐标系{1}方向相同，原点其高度最高位置相同，X2方向为旋转臂连杆共线，方向为旋转臂初始据右手定则确定 Y2轴方向。样针末端坐标系{3}：X3、Y3、Z3与 X2、Y2、Z2相同，原点 O3位置为加位置。如图 2-2 所示：

示意图,轨迹,示意图,停止时间

图 2-3 现有的加样系统的末端轨迹示意图按动作类型将动作分类如图 2-4：图 2-4 现有的加样系统的运动时序根据机器特点，从图可得知，在不改变每个运动的持续时间的情况下，减少时间的方法主要有以下三种方案：（1）减少停止时间。根据仪器的使用要求，减少停止时间的前提是加快注吸排液的速度，这将直接影响加样精度，因而不可取。（2）减少移动或转动时间。根据运动行程，移动或转动时间减少会使标本甩液的风险增大，因而此方案也不可取。（3）串行运动改为并行运动。在不改变加样臂旋转运动和垂直运动各自运间的前提下，适当并行，缩短总体时间，此方案理论上可行，可通过多轴联

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