CN110002217A - 一种土壤样品加热浸提搬运控制装置及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的一种土壤样品加热浸提搬运控制装置及控制方法，可解决目前土壤样品加热浸提前处理过程复杂、效率低，且有危害的技术问题。包括XYZ三轴直线模组；X轴静音直线模组为两个并相互平行；两个X轴模组之间通过同步轴和连轴器连接；每个直线模组上分别设置滑块，电动夹爪固定连接在Z轴静音直线模组的滑块上，滑块分别通过同步带与减速齿轮组连接，减速齿轮组与一体化总线驱动电机连接，驱动电机与控制器连接；电动夹爪下端安装有夹持机构，夹持机构与控制器连接，夹持机构的夹持口径可调。本发明采用由XYZ三轴静音直线模组构成的龙门式结构，成本低，工作范围大，控制方便，直线模组采用同步带传动方式，运动速度快、运行噪音小、轻巧耐用。
Description
技术领域
本发明涉及土壤样品前处理技术领域，具体涉及一种土壤样品加热浸提搬运控制装置及控制方法。
背景技术
样品前处理对分析检测来说非常重要，其占据整个分析过程的60％以上的时间，而且主要的分析误差也来自样品前处理环节，加热浸提作为土壤样品前处理中的重要环节，对分析检测结果有很大的影响。
目前土壤样品的前处理基本依赖于手工完成，自动化程度较低，处理过程复杂、花费时间长、效率低，特别是加热浸提过程基本都是手工操作完成的，加热浸提过程中用到的强酸强碱等浸提剂也容易对操作人员自身造成一定的伤害，而且人工操作存在很大的随机性，很难保证样品处理过程的一致性，采用自动化机械装置来替代人工操作能够大大提高样品处理过程的一致性，减小前处理环节带来的分析误差。针对土壤样品加热浸提前处理过程中存在的问题，提出了一种土壤样品加热浸提搬运控制装置及其控制方法。
发明内容
本发明提出的一种土壤样品加热浸提搬运控制装置及控制方法，可解决目前土壤样品加热浸提前处理过程自动化程度低，处理过程复杂、花费时间长、效率低，易对操作人员造成伤害等的技术问题。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
一种土壤样品加热浸提搬运控制装置，包括XYZ三轴直线模组，所述XYZ三轴直线模组包括有X轴静音直线模组、Y轴静音直线模组和Z轴静音直线模组；
所述X轴静音直线模组固定在支架上，所述X轴静音直线模组数量为两个，两个X轴静音直线模组相互平行；两个X轴模组之间通过同步轴和连轴器进行连接；
两个X轴静音直线模组与Y轴静音直线模组和Z轴静音直线模组构成龙门式结构；两个X轴静音直线模组、Y轴静音直线模组和Z轴静音直线模组上分别设置滑块，所述Y轴直线模组两端与两个X轴静音直线模组上的滑块连接，Z轴直线模组的中部与Y轴静音直线模组的滑块连接，电动夹爪固定连接在Z轴静音直线模组的滑块上；
所述X轴静音直线模组的滑块、Y轴静音直线模组的滑块和Z轴静音直线模组上的滑块分别通过同步带与减速齿轮组连接，所述减速齿轮组与一体化总线驱动电机连接，所述驱动电机与控制器连接；
所述电动夹爪下端安装有夹持机构，所述夹持机构与控制器连接，所述夹持机构的夹持口径可调。
进一步的，所述X轴静音直线模组、Y轴静音直线模组和Z轴静音直线模组的两端均安装有限位开关，并在靠近驱动电机的一端安装有原点开关，提供安全限位信号及原点回零信号，所述限位开关和原点开关分别与控制器连接。
进一步的，还包括上位机，所述上位机与控制器连接。
进一步的，所述Y轴静音直线模组两端分别通过侧立L型连接板与X轴静音直线模组上的滑块连接。
进一步的，所述Z轴静音直线模组中部通过T型连接板与Y轴静音直线模组的滑块连接。
进一步的，所述电动夹爪通过夹爪连接板连接在Z轴静音直线模组的滑块上。
另一方面本发明还公开一种土壤样品加热浸提搬运控制方法，采用上述的土壤样品加热浸提搬运控制装置，包括以下步骤，
S100、首先在控制器的控制下XYZ三轴直线模组寻找原点开关信号实现原点回零功能，确定三维几何坐标系；
S200、上位机下达坐标点及运动路径规划信息，控制器解析信息之后通过总线发送到驱动电机上，并实时读取三轴模组的位置信息；
S300、驱动电机带动三轴模组运动到指定位置后，控制器通过总线控制电动夹爪完成对加热浸提实验器皿的夹取或放置动作。
由上述技术方案可知，本发明的优点：
(1)、本发明采用由XYZ三轴静音直线模组构成的龙门式结构，成本低，工作范围大，控制方便，直线模组采用同步带传动方式，运动速度快、运行噪音小、轻巧耐用。驱动电机采用一体化总线驱动步进电机，具有接线简洁、无丢步、低温升、高转速、高转矩、低成本、维护方便等优点。
(2)、本发明采用内部集成伺服系统的小型电动夹爪，夹持力、行程可调节，支持柔性夹持，可夹持试管、漏斗等易碎物品。夹持机构经多层次组合设计，能在电动夹爪有限的行程内中夹取试管、锥形瓶、弯颈小漏斗、滴定杯、容量瓶等加热浸提处理过程中用到的实验器皿。
(3)、本发明控制器通过总线与搬运控制装置连接，接线简洁，控制方便，占用接口少，便于功能扩展和维护。上位机设计了友好的人机交互界面，监控搬运控制装置的运行状态，实现无人远程操控及加热浸提过程一键启动功能。
附图说明
图1是本发明总体结构示意图；
图2是本发明主视结构示意图；
图3是本发明电动夹爪及夹持机构结构示意图；
图4是本发明控制流程框图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
如图1-图3所示，本实施例所述的土壤样品加热浸提搬运控制装置，包括有X轴静音直线模组1、Y轴静音直线模组2、Z轴静音直线模组3、一体化总线驱动电机4、减速齿轮组5、电动夹爪6、夹持机构7、连轴器8、同步轴9、滑块10、地脚支架11、地脚连接件12、侧立L型连接板13、T型连接板14、夹爪连接板15等部分。
两个X轴静音直线模组1之间通过连轴器8与同步轴9进行连接，以保证两个X轴静音直线模组1能够同步运行；直线模组采用同步带传动方式，减轻直线模组重量，以保证模组直度和机器人整体结构的刚性。
两个X轴静音直线模组1与Y轴静音直线模组2和Z轴静音直线模组3构成龙门式结构，两个X轴静音直线模组1通过夹爪连接板15连接在8个通过地脚支架11上，以支撑整体结构和扩展机器人工作范围；每个直线模组通过减速齿轮组5与一体化总线驱动电机4连接，每个直线模组两端安装有限位开关，并在靠近驱动电机4一端安装有原点开关，提供安全限位信号及原点回零信号；驱动电机4经减速齿轮组5减速后可通过同步带带动直线模组上的滑块10沿直线模组运动，Y轴直线模组2两端通过侧立L型连接板13与两个X轴模组上的滑块10连接，Z轴直线模组3中部通过T型连接板14与Y轴模组上的滑块10连接，电动夹爪6通过夹爪连接板15连接在Z轴直线模组的滑块10上；
电动夹爪6下端安装有夹持机构7，夹持机构7经多层次组合设计，内层可夹取试管、弯颈小漏斗、容量瓶等口径小的容器，中层可夹取锥形瓶等口径稍大的容器，外层可夹取滴定杯等口径大的容器；电动夹爪6带动夹持机构7可以完成对加热浸提处理过程中用到的实验器皿的夹取和放置，XYZ三轴直线模组相互配合可完成工作范围内各个三维坐标点的移动，该机器人可实现工作范围内加热浸提实验器皿的搬运功能。
还包括上位机，上位机与控制器连接，上位机设计了友好的人机交互界面，监控机器人的运行状态，实现无人远程操控及加热浸提过程一键启动功能。
所述的驱动电机4采用一体化总线驱动步进电机，兼容RS-485及CAN总线通信控制功能，采用标准Modbus-RTU总线通讯协议和CANopen总线通讯协议，具有接线简洁、无丢步、低温升、高转速、高转矩、低成本、维护方便等优点。
控制器通过总线与驱动电机4连接，接线简洁，控制方便，占用接口少，便于功能扩展和维护。
电动夹爪6采用内部集成伺服系统的小型电动夹爪，夹持力、行程可调节，支持柔性夹持，可夹持试管、漏斗等易碎物品。夹持机构经多层次组合设计，能在电动夹爪有限的行程内中夹取试管、锥形瓶、弯颈小漏斗、滴定杯、容量瓶等加热浸提处理过程中用到的实验器皿。
如图4所示，该机器人工作时，首先在控制器的控制下XYZ三轴直线模组寻找原点开关信号实现原点回零功能，确定三维几何坐标系，上位机下达坐标点及运动路径规划信息，控制器解析信息之后通过总线发送到各个驱动电机4上，并实时读取三轴模组的位置信息，驱动电机4带动三轴模组运动到指定位置后，控制器通过总线控制电动夹爪完成对加热浸提实验器皿的夹取或放置动作。
本发明实施例使用动态梯形速度规划算法，使三轴直线模组启动停止过程更加平滑，防止实验器皿搬运过程中液体飞溅。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (7)
1.一种土壤样品加热浸提搬运控制装置，其特征在于：包括XYZ三轴直线模组，所述XYZ三轴直线模组包括有X轴静音直线模组(1)、Y轴静音直线模组(2)和Z轴静音直线模组(3)；
所述X轴静音直线模组(1)固定在支架上，所述X轴静音直线模组(1)数量为两个，两个X轴静音直线模组(1)相互平行；两个X轴模组之间通过同步轴(9)和连轴器(8)进行连接；
两个X轴静音直线模组(1)与Y轴静音直线模组(2)和Z轴静音直线模组(3)构成龙门式结构；两个X轴静音直线模组(1)、Y轴静音直线模组(2)和Z轴静音直线模组(3)上分别设置滑块(10)，所述Y轴直线模组(2)两端与两个X轴静音直线模组(1)上的滑块(10)连接，Z轴直线模组(3)的中部与Y轴静音直线模组(2)的滑块(10)连接，电动夹爪(6)固定连接在Z轴静音直线模组(3)的滑块(10)上；
所述X轴静音直线模组(1)的滑块(10)、Y轴静音直线模组(2)的滑块(10)和Z轴静音直线模组(3)上的滑块(10)分别通过同步带与减速齿轮组(5)连接，所述减速齿轮组(5)与一体化总线驱动电机(4)连接，所述驱动电机(4)与控制器连接；
所述电动夹爪(6)下端安装有夹持机构(7)，所述夹持机构(7)与控制器连接，所述夹持机构(7)的夹持口径可调。
2.根据权利要求1所述的土壤样品加热浸提搬运控制装置，其特征在于：所述X轴静音直线模组(1)、Y轴静音直线模组(2)和Z轴静音直线模组(3)的两端均安装有限位开关，并在靠近驱动电机(4)的一端安装有原点开关，提供安全限位信号及原点回零信号，所述限位开关和原点开关分别与控制器连接。
3.根据权利要求2所述的土壤样品加热浸提搬运控制装置，其特征在于：还包括上位机，所述上位机与控制器连接。
4.根据权利要求3所述的土壤样品加热浸提搬运控制装置，其特征在于：所述Y轴静音直线模组(2)两端分别通过侧立L型连接板(13)与X轴静音直线模组(1)上的滑块(10)连接。
5.根据权利要求3所述的土壤样品加热浸提搬运控制装置，其特征在于：所述Z轴静音直线模组(3)中部通过T型连接板(14)与Y轴静音直线模组(2)的滑块(10)连接。
6.根据权利要求3所述的土壤样品加热浸提搬运控制装置，其特征在于：所述电动夹爪(6)通过夹爪连接板(15)连接在Z轴静音直线模组(3)的滑块(10)上。
7.一种土壤样品加热浸提搬运控制方法，采用权利要求3-5任意一项所述的土壤样品加热浸提搬运控制装置，其特征在于：包括以下步骤，
S100、首先在控制器的控制下XYZ三轴直线模组寻找原点开关信号实现原点回零功能，确定三维几何坐标系；
S200、上位机下达坐标点及运动路径规划信息，控制器解析信息之后通过总线发送到驱动电机(4)上，并实时读取三轴模组的位置信息；
S300、驱动电机(4)带动三轴模组运动到指定位置后，控制器通过总线控制电动夹爪(6)完成对加热浸提实验器皿的夹取或放置动作。
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Legal Events
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Effective date of registration: 20220930 Address after: No. 032, Jinjiang Road, Changfeng Shuangfeng Economic Development Zone, Hefei, Anhui Province, 231100 Applicant after: Zhongke Hefei Smart Agriculture Valley Co.,Ltd. Address before: 230031 No. 350 Lake Road, Hefei, Anhui, Shushan Applicant before: HEFEI INSTITUTES OF PHYSICAL SCIENCE, CHINESE ACADEMY OF SCIENCES |
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| TA01 | Transfer of patent application right | ||
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Effective date of registration: 20230104 Address after: 231131 No. 032, Jinjiang Road, Shuangfeng Economic Development Zone, Changfeng County, Hefei, Anhui Province Applicant after: Hefei Zhongke Ark Robot Technology Co.,Ltd. Address before: No. 032, Jinjiang Road, Changfeng Shuangfeng Economic Development Zone, Hefei, Anhui Province, 231100 Applicant before: Zhongke Hefei Smart Agriculture Valley Co.,Ltd. |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20190712 |