全自动化学免疫分析仪运动控制系统设计与实现

发布时间：2020-11-01 07:19

　　 全自动化学免疫分析仪是依据化学酶免疫分析方法对患者的生化指标进行全自动定量检测或分析的医用分析设备,现多用于临床对肝病、肿瘤标志物、过敏反应原等医学指标的检测,是最基础、最重要的医疗检测仪器之一。全自动化学免疫分析仪涉及多学科技术,我国对该仪器的研究仍处于起步阶段,目前尚无自主研制的成熟产品。此类产品长期被国外公司所垄断,价格十分昂贵,无法在基层医疗机构中普及。因此设计出一款操作便捷、检测精度高、成本低的全自动生化免疫分析仪具有重要意义。首先分析了自动化免疫分析仪的国内外发展现状及产品特点,阐述了化学发光酶免疫反应的原理,探讨化学免疫分析的工作流程,并以此为基础,对运动控制系统进行分解,并对其中各个子系统的原理及实现过程进行了深入的研究,提出了全自动化学免疫分析仪运动控制系统的设计方案,并重点研究了加样模块、温控模块、离心模块、双机械臂协同控制模块及其之间的数据通信。其次,研究了机械臂结构的坐标形式,并根据全自动化学免疫分析仪运动控制系统的特点,提出了双机械臂协同控制系统。针对开环控制步进电机不能精确定位的问题,提出了一种新型转盘结构,采用机电结合光电检测单元,有效提高了定位精度和检测速率。根据离心系统的工作原理,综合比较多种电机的特点及应用范围,合理选择离心电机及其精确定位控制方式,并对离心盘进行了结构设计。针对系统内部布线复杂导致的信号干扰问题,设计了电源管理模块,使得系统布线简洁、结构紧凑、受外界干扰小。然后,完成了全自动化学免疫分析仪运动控制系统的电机控制和驱动板卡的硬件及软件设计。硬件电路主要包括主控芯片选型、电机驱动电路、隔离电路以及CAN总线接口电路的设计,软件控制部分采用模块化设计,方便系统日后升级,主要包括脉宽调制模块、CAN总线通信模块、DSP控制模块,并给出了系统软件的控制流程以及全自动免疫分析仪的实验过程。最后,对系统的实际运行结果进行了测试。首先对运动控制模块电机精度和光电传感器精度进行了测试,结果表明,本文设计的运动控制系统能够较好的实现高精度的定位。对全自动化学免疫分析仪运动控制系统进行了整机测试,其各项指标均能满足设计需求,较好的完成了预期的设计目标。
【学位单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TH77;TP273
【部分图文】：

其产品的检测效率和检测精度一直位于世界顶尖水准，美国贝克曼公司生产的 CX 系列全自动血液分析仪如图1.1 所示。国内外市场上有众多全自动免疫分析仪器，其检测速度可达每小时检测 180 次，

第一章 绪论。在常规免疫分析实验中，主要采用凝操作，很大程度上影响了中国临床免场的发展和普及，国内的许多科研院明工作，其中，深圳迈瑞和沈阳东软都其中迈瑞公司更是开发出我国首台拥有图 1.2 为迈瑞公司生产的 BX300 全自的垄断，为我国医疗器械产业的发展建测速率和技术含量方面远不如国外产品、电力、算法、液体路径、温度控制和我国自主研发的产品，都在使用进口

且运算量小、易于拓展、工程实用性强，图 3.2 为双机械臂实物图。图 3.2 双机械臂协同控制实物图3.2 大惯量高速离心系统设计离心系统的作用是将放置在离心转盘试剂卡槽内的样品在高速旋转产生的离心力作用下完成分离。若离心模块内的离心转盘定位精确不准确，则需要人为参与调整离心转盘的位置，同时也会增加更换试剂的时间，降低分析效率，影响加样机械臂采取后续操作，降低控制系统的控制精度。由于离心转盘上需要放置一定量的试剂卡槽，其半径必须大于特定值，且试剂卡槽需安装在离心转盘的末端，这样使得离心转盘的转动惯量较大，容易造成离心转盘启动与制动较难，定位精度不够。目前市面上的免疫分析仪属于半自动式仪器，控制系统离心模块定位精确低，需要人为参与调整试剂的位置，其工作效率大大降低。3.2.1 离心转盘机械结构设计现有的离心模块的离心转盘因技术上的不成熟以及加工难度大，未对其进行结构优化，整个离心转盘质量大，结构笨重，造成离心转盘的转动惯量进一步增加。为提高控制精度，减轻驱动电机的负载，必须设计一款既满足离心模块的运动要求又能最大限度的减小转动惯量的离心转盘[50]。
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本文编号：2865202