带离心功能的极坐标式移动平台的设计与分析
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［ 关键词 ］极 坐标移动 平台 ；离心；样本 容器 ；垂直度调整 ；模 态分析
０ 引言
计 出一款装 置能够结合 离心运动 以及平 面二 维运 动 ， 那 么不仅 可 以使设 备 结构 更 紧凑 、更便 携 ，最 重要
的是还能 防止液 体 在转 移过 程 中泄漏 而 产生 的化 学
从 放大 镜 到显微 镜 的发展 ，从 光学 显 微镜 到 电 子 显微 镜 的进 步 ，一 直 以来 ，显微 病理 分 析 随着设 备 功能 的不 断 丰富 和完善 ，在 医学研究 和实 际应用
交叉 滚子 轴 承上 ，再 由可动 板三 个角 上 的关节 轴 承
了时间 ，还 简化 了他 们 的操 作步 骤从 而减 少 出错 几
率。然而 ，由于该设备包括一套完整 的离心设备和 二维移动平台，使其体积过于庞大。因此 ，如果设
传到下方的固定板上 ） 。上半部分 主体是安装 在两
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知名 度较 高 的如 Ｅ ｌ ｅ ｋ ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｋ ａ 公司的 Ｕ ｒ ｉ Ｓ ｅ ｄ ２ 自动 尿 检仪 ，操 作人 员 只需将 取样 试 管放 在进 样架 上 ，机 器将 自动 控 制 探 枪 抽 取 样 本 注 入 透 明 的样 本 容 器 中 ，然后 通过 旋转 设 备 带 动 该 容 器 进 行 离 心运 动 ， 使 需要 观 测 的细胞 沉淀 到底 部 ，再将 容器 从 离心 机
［ 摘
要 ］文章介绍 了一款 自动化装 置的结构 设计基 本方 案，该装 置可应 用在基 于图像 的显微病 理分析
中，能够对体液样本进行 离心处理 ，并在不移动样本的情 况下直接 降低 转速 ，配合 沿样 本平 台径向直线运动 的
物 镜 ，对 样 本 进 行 逐 格 扫 描 。 为 了避 免 离心 运 动 过 后 转 速 降低 使 得 样 品 恢 复 原 始 状 态 ，本 文还 设 计 了一 款 特 殊 的 样 本 容 器 。该 设 计 中还 提 出 了一 种 新 型 微 调 平 机 构 解 决 方案 ， 用 以调 节 旋 转 平 台基 准 面 与 聚 光 镜 发 出光 线 的 垂 直 度 。最 后 通 过 有 限元 仿 真 软 件 对 该 机 构 进 行 模 态 分析 。
其置 于显 微 镜下 观察 或拍 摄 。 目前 ，在 医院和 研究 机构 中 ，以上 的两个 步骤 都是 分开 在不 同装 置 上实 现 的 。大 多数 情况 下 ，医 务人 员或 者研 究 员先 将取样 试 管放 在离 心设 备上 进 行离 心 ，然后 人 工用 移液枪 抽 取试 管底 部浓 度较 高
由于我们设计 的设 备 需要 同时具 备离 心 功 能 ，所 以 自然而然地想 到带旋转运 动的极坐标 二维平 台。 具体 的 ，如 图 ２所 示 ，下半 部分 是 载有样 本 的
旋 转平 台 ，它通 过涨 紧套 与旋转 轴相 连 ，旋转 轴 通
过 联轴 器与 下方 电机 相连 ，而 电机则 安 装在下 层 的 固定平板 上 ，电机转 动带 动旋转 平 台执 行二 维系 统 的周 向运动 （ 转 盘 的重 力 通 过 轴 传 递 到 可 动 板 的
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里
ｊ 一 雾
Ｕｒ ｉ Ｓ ｅ ｄ ２
的样 本滴 在 载玻 片或 注入 透 明 的容 器 中 ，再 置 于显
微镜 下进 行 观察 。而 在 当今 的 自动结构 原理
也存在一些仪器可以替代操作人员完成这个过 程 ，
样本 的第 一轨 道 ，储存 数据 ，旋转 完 一周之 后 ，径 向移 动一 个 单 位 ，进 行 每 个 样 本 的第 二 轨 道 的 扫
描 ，直至 获得 １ ０个 样本 的所 有数据 。 本文 中 的设 计 选 用 每 秒 可 以拍 摄 １ ０张 照 片 的 １ 英寸 Ｃ Ｃ Ｄ为 例 ，其 对 应 样 本 容 器 上 的拍 摄 区 域 尺寸 为 ０ ． ６ ３ ａｍ× ｒ ０ ． ４ ９ ｍｍ，而载 物 台的最外 轨 道 中
对直线导轨上 的物镜 ，由旁边的步进 电机带动 ，执
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医疗装备 ２ ０ １ ４第 ３期
行 二维 系统 的径 向运 动 。上 下两 部分 配合 运作 ，即 可 以完 成对 样 本的扫 描 。
统 的震 动 ，增 大 噪 音 的 同 时 也 影 响 拍 摄 图像 的 质 量 。此外 ，通 过软 件及 控制 系统 ，可 以为 每个样 本 设置 独立 的储 存 区 ，平 台开 始旋 转后 先 扫 描 １ ０个
构 转移 到 二维 直线 移动 平 台进行 观察 。 Ｕ ｉ ｆ Ｓ ｅ ｄ ２等机 器 的出 现不 仅 帮 助 医务 人 员 节 省
众 所周知 ，在 平面 进行 二 维运 动有 两种 最 常用 的方 式 ，一是基 于 Ｘ 、Ｙ直角坐标 系 的两 个一 维直 线 运 动 的叠 加 ；二 是 基 于 极 坐 标 系 的一 个 旋 转 运 动 （ 周 向运动 ） 和一个 直线 运动 （ 径 向运动 ） 的叠 加 。
带 离 心 功 能 的 极 坐 标 式 移 动 平 台 的 设 计 与 分 析
陈 贤哲 ，高 雪官 （ 上 海交通 大 学机 器人研 究所 ，上海 ２ ０ ０ ２ ４ ０ ）
（ 中图分类号］Ｔ Ｈ ７ ７ ［ 文献标识码］Ａ ［ 文章编号］１ ０ ０ ２— ２ ３ ７ ６（ ２ ０ １ ４ ）０ ３—０ ０ ０ １— ０ ４
污染 （ 无论 是人工 转移 还是 在设 备 内转 移 都有 这个
可能性 ） ，另外从 时 间成本 上来看 ，也将 有所优化 。
中起 到越 来 越重 要 的作用 。其 中 ，基 于 图像 的体 液
显微 分析 由于样 本浓 度较 低 的缘故 ，往 往在 观察 前
需要 使用 离 心设 备提 取浓 度较 高 的样本 ，然 后才 将
