800速全自动生化分析仪运动控制系统关键技术研究

发布时间：2017-05-26 19:18

  本文关键词：800速全自动生化分析仪运动控制系统关键技术研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：全自动生化分析仪是临床检验中不可缺少的仪器,通过对体液的各项生化指标的定量分析,来判定人体的身体健康状况。该类仪器能完全替代手工操作,同时具有速度快、检验精度高、可靠性高等优点。在充分研究国内外全自动生化分析仪的基础上,通过对全自动生化分析仪基本原理的介绍和总体设计的分析,以样本处理系统为主要研究对象,对全自动生化分析仪运动控制系统的关键技术进行了相关研究。样本处理系统是一个复杂的机电一体化系统,本文分析该系统结构,根据样本处理系统的运动指标,分解出样本处理系统的硬件需求,并依此制定了整体方案。硬件系统采用分布式控制结构,基于ARM+FPGA的通用硬件平台为核心,接收基于PLL原理设计的自校准的液面检测电路模块采集的液面信息,以及堵针检测模块采集的堵针信息。控制策略分为两层,在伺服驱动层,将PID控制算法用于由步进电机和编码器构成的闭环系统;在轨迹规划层,采用自适应可控S型速度规划,在关节空间完成对取样机械臂的轨迹规划,并在基于ARM+FPGA通用硬件平台上实现该控制策略,达到对取样机械臂和微量泵的精确闭环控制的目的。实验数据表明,液面检测系统的反应时间为1.6ms,取样机械臂水平方向的重复定位精度为0.21mm,垂直方向重复定位精度为0.15mm,最小加样量为2μL,最大加样量为35μL,满足了全自动生化分析仪的实际需求,同时具备较好的可靠性与稳定性。
【关键词】：全自动生化分析仪 ARM + FPGA 自校准 S 型速度规划 轨迹规划
【学位授予单位】：西南科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH776
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 绪论10-15
• 1.1 课题研究背景及意义10
• 1.2 国内外研究现状10-11
• 1.3 全自动生化分析仪运动控制系统的国内外现状11-13
• 1.4 论文的主要内容13-14
• 1.5 本章总结14-15
• 2 全自动生化分析仪的整体设计15-26
• 2.1 全自动生化分析仪原理15-17
• 2.1.1 朗伯-比尔（Lambert-Bill）定律15-16
• 2.1.2 液面检测原理16-17
• 2.2 全自动生化分析仪的总体设计17-21
• 2.2.1 全自动生化分析仪的组成17-20
• 2.2.2 全自动生化分析仪的分析流程20-21
• 2.3 样本处理系统的系统结构21-23
• 2.3.1 取样机械臂22
• 2.3.2 微量泵22-23
• 2.4 样本处理系统的运动指标23-25
• 2.4.1 取样机械臂精度23-24
• 2.4.2 微量泵控制精度24-25
• 2.5 本章总结25-26
• 3 样本处理系统的硬件设计26-49
• 3.1 样本处理系统的硬件需求及整体方案26-28
• 3.1.1 样本处理系统的整体需求26-27
• 3.1.2 样本处理系统硬件整体方案27-28
• 3.2 ARM+FPGA的通用硬件平台28-40
• 3.2.1 通用硬件平台框图28
• 3.2.2 电源设计28-29
• 3.2.3 最小系统设计29-31
• 3.2.4 FPGA程序更新电路设计31-34
• 3.2.5 ARM与FPGA通信电路设计34-36
• 3.2.6 电机驱动电路的设计与实现36-40
• 3.3 基于PLL的高精度液面检测模块设计40-45
• 3.3.1 液面检测整体框图40-41
• 3.3.2 液面检测电路设计41-42
• 3.3.3 信号处理电路设计42-43
• 3.3.4 自校准算法43-45
• 3.4 堵针检测模块设计45-48
• 3.4.1 堵针检测电路整体框图45-46
• 3.4.2 堵针检测电路设计46-48
• 3.5 本章总结48-49
• 4 样本处理系统的运动控制策略设计与实现49-69
• 4.1 样本处理系统运动控制模型建立49-51
• 4.1.1 样本处理系统运动控制时序49-50
• 4.1.2 样本处理系统运动空间模型50-51
• 4.2 传动方案设计51-55
• 4.2.1 电机转速方案设计51-52
• 4.2.2 电机驱动能力核算52-53
• 4.2.3 电机选型方案53-54
• 4.2.4 运动学参数计算54-55
• 4.3 关节控制器设计55-58
• 4.3.1 PID算法原理56-57
• 4.3.2 PID参数确定过程57
• 4.3.3 关节控制驱动模型57-58
• 4.4 轨迹规划算法设计与实现58-68
• 4.4.1 自适应可控S型速度规划59-67
• 4.4.2 关节空间轨迹规划67-68
• 4.5 本章总结68-69
• 5 实验研究及结果分析69-75
• 5.1 液面检测灵敏度与自适应能力验证69-70
• 5.1.1 液面检测系统灵敏度分析69
• 5.1.2 液面检测系统自适应能力分析69-70
• 5.2 取样机械臂运动控制精度验证70-73
• 5.2.1 取样机械臂水平运动重复定位精度验证70-72
• 5.2.2 取样机械臂垂直重复定位精度验证72-73
• 5.3 加样准确性与重复性验证73-74
• 5.4 本章总结74-75
• 结论75-77
• 致谢77-78
• 参考文献78-82
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及研究成果82

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 萧泽新;陈宽;;自动生化分析仪的发展与展望[J];光学与光电技术;2006年03期

2 赵宏伟;如何正确选择伺服电机的容量[J];机械工人.冷加工;2003年08期

3 李延斌;孙志华;;全自动生化分析仪的分类、结构和选购[J];中国医疗器械信息;2008年03期

中国硕士学位论文全文数据库 前2条

1 王军伟;基于FPGA的模糊PID控制算法的研究及实现[D];浙江工业大学;2009年

2 陈铁龙;自动液体加样仪系统的研制[D];中国地质大学（北京）;2010年

  本文关键词：800速全自动生化分析仪运动控制系统关键技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：397855