一種用于微操作機(jī)器人系統(tǒng)的氣動注射器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于微操作機(jī)器人系統(tǒng)的氣動注射器，屬于顯微操作設(shè)備領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 在微操作機(jī)器人系統(tǒng)中，通過改變氣動或液動注射器的行程來控制微針管內(nèi)的壓 強(qiáng)，從而達(dá)到控制吸持針吸持細(xì)胞或注射針注射物質(zhì)的目的。在細(xì)胞顯微操作中，微針管內(nèi) 壓強(qiáng)的微弱改變就會影響注射針注射量的多少，或吸持針中被吸持細(xì)胞的活性，從而影響 細(xì)胞的后期培養(yǎng)甚至造成細(xì)胞操作的失敗。
[0003] 傳統(tǒng)微操作氣動注射器通過控制儲氣罐閥門開度來控制氣壓大小，在操作中存在 以下問題:在閥門開度不變的情況下，不同次操作會因?yàn)闅夤拗写鎯Φ臍怏w量不同而造成 壓強(qiáng)的改變;控制閥的開度對氣流的穩(wěn)定性影響較大;在氣罐中氣體量較多時(shí)會因氣罐內(nèi) 壓強(qiáng)較大而造成微針管內(nèi)氣壓的紊動，即氣壓的線性度、穩(wěn)定性及重復(fù)性不高，不利于壓強(qiáng) 值的分析和控制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明目的是解決現(xiàn)有微操作氣動注射器存在的氣壓的線性度、穩(wěn)定性及重復(fù)性 不高，不利于壓強(qiáng)值的分析和控制的問題，提供一種用于微操作機(jī)器人系統(tǒng)的氣動注射器。
[0005] 本發(fā)明用于微操作機(jī)器人系統(tǒng)的氣動注射器可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)氣罐式氣動注射器的 不足，在不需太多其他操作的情況下可達(dá)到很好的運(yùn)用效果，從而有利于試驗(yàn)穩(wěn)定性的提 高和控制器的優(yōu)化設(shè)計(jì)。
[0006] 具體技術(shù)方案
[0007] 一種用于微操作機(jī)器人系統(tǒng)的氣動注射器，主要包括以下三個(gè)部分：1)氣路部分； 2)機(jī)械結(jié)構(gòu)部分;3)氣壓顯示及電機(jī)控制部分；
[0008] 所述氣路部分包括：由連接管和接頭相互連通的小注射器與大注射器，經(jīng)過大注 射器的蓄壓，使得小注射器體積改變量引起較小的壓強(qiáng)變化，從而提高分辨率；
[0009] 所述機(jī)械結(jié)構(gòu)部分:如附圖2所示，包括底座，底座一端設(shè)置的注射器針筒及把手 固定組件，底座另一端電機(jī)固定板上設(shè)置的電機(jī)，注射器針筒及把手固定組件與電機(jī)固定 板之間設(shè)置的導(dǎo)軌和由電機(jī)驅(qū)動的絲杠，以及絲杠上安裝的注射器推桿把手夾持組件，所 述機(jī)械結(jié)構(gòu)部分用于夾持注射器并帶動注射器推桿的移動。
[0010] 所述氣壓顯示及電機(jī)控制部分包括：用于和上位機(jī)通訊的控制芯片，分別與控制 芯片連接的兩個(gè)電機(jī)驅(qū)動芯片、顯示屏以及所述氣路部分中安裝的氣壓傳感器芯片，兩個(gè) 電機(jī)驅(qū)動芯片各連接并驅(qū)動一個(gè)步進(jìn)電機(jī)。
[0011] 所述機(jī)械結(jié)構(gòu)部分中的注射器針筒及把手固定組件包括用于固定注射器柱形周 身的前v型槽板和后v型槽板，其中一個(gè)v型槽板上通過橫梁螺絲安裝有一個(gè)橫梁，在后v型 槽板的內(nèi)側(cè)設(shè)置有用于固定注射器針筒把手的薄夾片b;所述的注射器推桿把手夾持組件 包括移動安裝在導(dǎo)軌上并由絲杠帶動的滑動擋板，以及滑動擋板上安裝的薄夾片a。電機(jī)通 過絲杠改變注射器的行程，引起注射器體積的變化，從而改變壓強(qiáng)值;其中絲杠的導(dǎo)程、長 度和直徑大小不限。
[0012] 所述的注射器包括各種型號的普通注射器、帶旋口的工業(yè)注射器、以及大注射器 為固定體積的密閉容器。
[0013] 注射器原理
[0014]在圖1中，用Vtotal表不氣路結(jié)構(gòu)的總體積，Vl代表大注射器的體積，Vs代表小注射 器的體積，^1；11代表各連接管部分的體積，貝11￥1^1 = ￥1+\^+￥1；11;用?31；111表不標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，？。表不 變化后的壓強(qiáng)，V。代表變化后的體積，△P代表壓強(qiáng)變化量，△V代表小注射器體積變化量， 則Vc =VtQtai+AV〇
[0015] 在一定溫度條件下，對于一定質(zhì)量的理想氣體由其狀態(tài)方程可知:PV=nRT=C，因 此注射器體積變化前后滿足：
[0016] 經(jīng)推導(dǎo)得出：
[0017] 由上式知:在相同體積變化量的前提下，總體積Vtcltal越大則壓強(qiáng)變化量的分辨率 越高，但同時(shí)也會影響壓強(qiáng)的變化范圍，因此需要根據(jù)試驗(yàn)的要求選擇合適的注射器規(guī)格 以滿足不同的壓強(qiáng)需求。
[0018] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果：
[0019] 本發(fā)明通過將小注射器與大注射器相連接，經(jīng)過大注射器的蓄壓，使得小注射器 的體積變化量引起較小的壓強(qiáng)變化，從而細(xì)分壓強(qiáng)值，提高分辨率。與傳統(tǒng)的通過控制儲氣 罐閥門開度來控制氣壓大小的微操作氣動注射器相比，采用該方法設(shè)計(jì)的氣動注射器具有 氣壓穩(wěn)定、氣壓值范圍可調(diào)、分辨率可調(diào)、制作成本低的優(yōu)點(diǎn)，而且在試驗(yàn)過程中氣壓的線 性度和可重復(fù)性較好，從而有利于試驗(yàn)穩(wěn)定性的提高和控制器的優(yōu)化設(shè)計(jì)。
[0020] 在該設(shè)計(jì)中，可以根據(jù)所需要的壓強(qiáng)值改變大小注射器體積的搭配，達(dá)到改變氣 壓分辨率和氣壓值上下限的目的。該氣動注射器的壓強(qiáng)上限可達(dá)幾百千帕，分辨率達(dá)5帕， 適合微操作所需的壓強(qiáng)值范圍。另外，在該設(shè)計(jì)中，可以通過控制電機(jī)的運(yùn)動來實(shí)現(xiàn)注射器 的電動控制，可以方便的使用LED進(jìn)行壓強(qiáng)值的實(shí)時(shí)顯示，同時(shí)也可以通過上位機(jī)進(jìn)行相應(yīng) 的數(shù)據(jù)采集和分析。本發(fā)明在微操作氣動注射器的改進(jìn)中具有很好的實(shí)用價(jià)值。
【附圖說明】
[0021 ]圖1為系統(tǒng)各部分連接示意圖。
[0022]圖2為機(jī)械部分的整體結(jié)構(gòu)。
[0023]圖3為硬件機(jī)電控制部分框圖。
[0024] 圖4為注射器實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果，其中，（a)正壓線性度測試圖，（b)負(fù)壓線性度測試圖， (c)壓強(qiáng)可重復(fù)性測試圖，（d)不同注射器組合下壓強(qiáng)對比表。
[0025] 圖5為注射實(shí)驗(yàn)，其中，（a)培養(yǎng)液注射實(shí)驗(yàn)1，（b)培養(yǎng)液注射實(shí)驗(yàn)2。
[0026] 其中，圖1為系統(tǒng)各部分連接示意圖，氣路部分的連接情況如該圖所示。
[0027] 圖2中，1為機(jī)械部分的底座、2為電機(jī)固定板、3為滑動擋板、4為薄夾片a、5為橫梁、 6為橫梁螺絲、7為連接塊、8為薄夾片b、9為后v型槽板、10為前v型槽板、11為導(dǎo)軌、12為絲 杠。其中，9后v型槽板/10前v型槽板/5橫梁/6橫梁螺絲組合為固定注射器柱形周身的組件； 9后v型槽板/8薄夾片b組合為夾持注射器針筒把手的組件;3滑動擋板/4薄夾片a組合為注 射器推桿把手的夾持組件;2電機(jī)固定板/3滑動擋板/9后v型槽板/10前v型槽板組合為導(dǎo)軌 和絲杠的固定組件。
[0028] 圖3中，CC2530控制芯片、電機(jī)驅(qū)動芯片L298N和兩相四線步進(jìn)電機(jī)35H28H0504A構(gòu) 成電機(jī)控制部分。CC2530控制芯片、0LED構(gòu)成數(shù)顯部分。
【具體實(shí)施方式】
[0029]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，下面根據(jù)提供的具體實(shí)例 為本發(fā)明做出一定的功能描述。此處所描述的【具體實(shí)施方式】僅用以解釋本發(fā)明，闡述本發(fā) 明示例的功能，并不用于表示構(gòu)建或使用本發(fā)明示例的唯一形式。
[0030] 實(shí)施例1:
[0031] 如圖1至圖3所示，本發(fā)明提供的用于微操作機(jī)器人系統(tǒng)的氣動注射器，主要包括 以下三個(gè)部分:1)氣路部分;2)機(jī)械結(jié)構(gòu)部分;3)氣壓顯示及電機(jī)控制部分；
[0032] 第一、氣路部分包括：由連接管和接頭相互連通的小注射器與大注射器，經(jīng)過大注 射器的蓄壓，使得小注射器體積改變量引起較小的壓強(qiáng)變化，從而提高分辨率；
[0033] 具體操作，準(zhǔn)備所需要型號的注射器、連接管、接頭等，例如但不限于螺旋注射器、 l/16inch的硅膠管、魯爾接頭等;將基本的材料按照需要連接起來(參見圖1)。其中，接頭最 好比膠管大一個(gè)型號。
[0034] 第二、所述機(jī)械結(jié)構(gòu)部分:如附圖2所示，包括底座1，底座一端設(shè)置的注射器針筒 及把手固定組件，底座另一端電機(jī)固定板2上設(shè)置的電機(jī)(圖中略），注射器針筒及把手固定 組件與電機(jī)固定板之間設(shè)置的導(dǎo)軌11和由電機(jī)驅(qū)動的絲杠12,以及絲杠上安裝的注射器推 桿把手夾持組件，所述機(jī)械結(jié)構(gòu)部分用于夾持注射器并帶動注射器推桿的移動。
[0035] 所述機(jī)械結(jié)構(gòu)部分中的注射器針筒及把手固定組件包括用于固定注射器柱形周 身的前v型槽板10和后v型槽板9,前v型槽板10和后v型槽板9通過連接塊7連接固定在一起， 其中一個(gè)￥型槽板上通過橫梁螺絲6安裝有一個(gè)橫梁5,在后v型槽板的內(nèi)側(cè)設(shè)置有用于固定 注射器針筒把手的薄夾片b即零件8;所述的注射器推桿把手夾持組件包括移動安裝在導(dǎo)軌 上并由絲杠帶動的滑動擋板3,以及滑動擋板上安裝的薄夾片a即零件4。電機(jī)通過絲杠