本發(fā)明涉及實驗室設(shè)備，尤其涉及移液器，具體為一種基于摩擦驅(qū)動與壓力反饋的六自由度精密移液器調(diào)節(jié)平臺。

背景技術(shù)：

1、移液器作為生物醫(yī)學(xué)、化學(xué)分析、藥物研發(fā)及微流控技術(shù)等領(lǐng)域的關(guān)鍵設(shè)備，其核心功能是實現(xiàn)微量液體（通常為微升級至納升級）的精確吸取與分配。在諸如基因測序、細(xì)胞培養(yǎng)、高通量篩選等高精度實驗中，移液器的定位精度與重復(fù)性直接決定了實驗數(shù)據(jù)的可靠性與可重復(fù)性。

2、尤其在微流控芯片技術(shù)中，需將納升級甚至皮升級的液體注入微米級孔道或反應(yīng)腔室，這對移液器的定位精度、穩(wěn)定性和重復(fù)性提出了近乎苛刻的要求。傳統(tǒng)移液器通過手動或半自動方式操作，依賴于操作者的經(jīng)驗，難以滿足高通量實驗的需求。隨著自動化技術(shù)的普及，電動移液器及多通道移液系統(tǒng)逐漸成為主流，但其核心瓶頸在于如何實現(xiàn)移液槍頭與目標(biāo)位置的高精度動態(tài)對齊，尤其是在復(fù)雜三維空間及多自由度姿態(tài)調(diào)節(jié)場景下。

3、現(xiàn)有的移液器調(diào)節(jié)平臺多基于三維平移臺設(shè)計，通過x/y/z軸向的線性運動實現(xiàn)位置調(diào)整。然而，此類平臺僅能解決平移自由度的問題，無法補償槍頭因裝配誤差或外部振動導(dǎo)致的傾斜（如俯仰、偏航、滾轉(zhuǎn)角度偏差）。例如，在微流控芯片注樣過程中，若槍頭軸線與芯片注樣孔未能嚴(yán)格平行，可能導(dǎo)致液體飛濺、孔位堵塞或加樣體積偏差，直接影響實驗結(jié)果的可重復(fù)性。

4、因此，有必要針對現(xiàn)有技術(shù)中的不足進行改進，以解決上述問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于摩擦驅(qū)動與壓力反饋的六自由度精密移液器調(diào)節(jié)平臺。

2、為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種基于摩擦驅(qū)動與壓力反饋的六自由度精密移液器調(diào)節(jié)平臺，包括：平臺殼體，固定在所述平臺殼體頂部的頂蓋，以及設(shè)置在所述平臺殼體內(nèi)側(cè)用于安裝移液器的載物臺；

3、所述平臺殼體的內(nèi)側(cè)安裝有用于向所述載物臺同時提供柔性和滾動支撐的俯仰支撐機構(gòu)，所述頂蓋的頂部安裝有若干俯仰姿態(tài)調(diào)節(jié)機構(gòu)；

4、所述俯仰姿態(tài)調(diào)節(jié)機構(gòu)包括：固定在所述頂蓋頂部的支撐座，固定在所述支撐座頂部的摩擦箱，以及套接在所述摩擦箱上的摩擦桿；所述摩擦箱的內(nèi)側(cè)安裝有主動安裝箱和從動安裝箱，所述主動安裝箱和所述從動安裝箱的內(nèi)側(cè)分別通過轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動連接有主動摩擦輪和從動摩擦輪；

5、所述支撐座的頂部安裝有用于驅(qū)動所述主動摩擦輪旋轉(zhuǎn)的動力源，所述摩擦驅(qū)動輪和所述從動摩擦輪的側(cè)面均固定有橡膠結(jié)構(gòu)，且均與所述摩擦桿的側(cè)面貼合；所述從動安裝箱的側(cè)面固定有調(diào)節(jié)箱，所述調(diào)節(jié)箱與所述主動安裝箱之間形成有氣體空腔，所述摩擦箱的側(cè)面安裝有用于外接監(jiān)測所述氣體空腔內(nèi)部氣壓變化設(shè)備的連接頭。

6、本發(fā)明一個較佳實施例中，所述平臺殼體的底部為開口狀；所述摩擦桿的截面形狀為圓形或多邊形中的一種，所述摩擦桿的底端與所述載物臺的頂部接觸，所述摩擦桿的側(cè)面位于所述氣體空腔的內(nèi)部；所述主動安裝箱的側(cè)面與所述摩擦箱的內(nèi)側(cè)固定，所述調(diào)節(jié)箱的側(cè)面與所述摩擦箱的內(nèi)側(cè)滑動連接。

7、本發(fā)明一個較佳實施例中，還包括：轉(zhuǎn)動姿態(tài)調(diào)節(jié)機構(gòu)；所述轉(zhuǎn)動姿態(tài)調(diào)節(jié)機構(gòu)包括：安裝在所述摩擦桿底端用于減少所述載物臺頂部摩擦力的滾珠組件，開設(shè)在所述頂蓋側(cè)面的安裝槽，以及固定在所述安裝槽內(nèi)側(cè)的第一空心杯電機；所述載物臺的頂部搭接有摩擦滾輪，所述第一空心杯電機的輸出端通過網(wǎng)狀柔性聯(lián)軸器與所述摩擦滾輪的一端連接；

8、所述頂蓋的側(cè)面固定有c型板，所述c型板的頂端螺紋連接有螺釘，底端固定有導(dǎo)向柱；所述螺釘?shù)牡锥撕退鰧?dǎo)向柱的頂端均轉(zhuǎn)動連接有壓環(huán)，所述螺釘和所述導(dǎo)向柱位于所述c型板和所述壓環(huán)之間的側(cè)面均套接有壓簧，所述壓環(huán)的側(cè)面與所述網(wǎng)狀柔性聯(lián)軸器的側(cè)面貼合。

9、本發(fā)明一個較佳實施例中，所述滾珠組件包括：固定在所述摩擦桿底端的連接塊，以及轉(zhuǎn)動連接在所述連接塊底端的若干接觸滾珠；若干所述接觸滾珠的底端與所述載物臺的頂部接觸。

10、本發(fā)明一個較佳實施例中，所述俯仰支撐機構(gòu)包括：固定在所述平臺殼體靠近內(nèi)側(cè)底部的底部保持架，轉(zhuǎn)動連接在所述底部保持架上的若干底部滾珠，以及固定在所述底部保持架頂部的若干支撐彈簧；若干所述支撐彈簧的頂部與所述載物臺的底部搭接；所述底部保持架的頂部固定有若干中間保持架，所述中間保持架上轉(zhuǎn)動連接有若干中部滾珠。

11、本發(fā)明一個較佳實施例中，所述摩擦箱朝向所述調(diào)節(jié)箱的側(cè)面可拆卸連接有壓蓋，所述調(diào)節(jié)箱的一側(cè)開設(shè)有卡槽，所述壓蓋的一側(cè)固定有碟簧，所述碟簧的側(cè)面位于所述卡槽的內(nèi)側(cè)。

12、本發(fā)明一個較佳實施例中，所述動力源包括：固定在所述支撐座頂部的電機座，安裝在所述電機座頂部的第二空心杯電機，以及安裝在所述第二空心杯電機輸出端的蝸桿；所述主動摩擦輪上的所述轉(zhuǎn)軸一端固定有蝸輪，所述蝸桿的側(cè)面與所述蝸輪的側(cè)面嚙合。

13、本發(fā)明提供一種基于上述中任一項所述的六自由度精密移液器調(diào)節(jié)平臺的壓力反饋控制方法，包括以下步驟：

14、s1、實時監(jiān)測若干俯仰姿態(tài)調(diào)節(jié)機構(gòu)的氣體空腔中，氣壓的動態(tài)變化，基于壓力值與摩擦桿位移的映射關(guān)系，計算各摩擦桿的升降量；

15、s2、將若干摩擦桿的升降量，基于并聯(lián)機構(gòu)運動學(xué)逆解算法，解算載物臺當(dāng)前的六自由度位置參數(shù)；

16、s3、將解算的載物臺實際位置參數(shù)與預(yù)設(shè)目標(biāo)位置參數(shù)進行比對，計算各自由度方向的位置誤差值；

17、s4、根據(jù)位置誤差值，閉環(huán)調(diào)節(jié)動力源驅(qū)動主動摩擦輪的轉(zhuǎn)向與轉(zhuǎn)速，動態(tài)調(diào)整各摩擦桿的升降量，直至載物臺的實際位置參數(shù)與目標(biāo)位置參數(shù)的誤差值趨近于零。

18、本發(fā)明一個較佳實施例中，在所述s1的步驟中，所述氣壓的實時監(jiān)測通過壓力傳感器進行動態(tài)變化的監(jiān)測；所述映射關(guān)系通過預(yù)實驗標(biāo)定的氣壓-位移線性關(guān)系模型表述，用于將氣壓變化值轉(zhuǎn)換為各摩擦桿的實際升降位移量。

19、本發(fā)明一個較佳實施例中，在所述s2的步驟中，所述六自由度位置參數(shù)包括x、y和z的三維平移參數(shù)以及俯仰角、偏航角和滾轉(zhuǎn)角的三維旋轉(zhuǎn)參數(shù)。

20、本發(fā)明解決了背景技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明具備以下有益效果：

21、（1）本發(fā)明提供了一種基于摩擦驅(qū)動與壓力反饋的六自由度精密移液器調(diào)節(jié)平臺，通過采用摩擦驅(qū)動技術(shù)，利用主動摩擦輪與從動摩擦輪直接接觸摩擦桿傳遞調(diào)節(jié)載物臺自由度的動力，結(jié)合摩擦輪表面的橡膠結(jié)構(gòu)，在傳遞動力時既增大摩擦力，還利用彈性材料補償微小形變，保持接觸面緊密貼合，有效避免傳統(tǒng)齒輪或滾珠絲杠的機械間隙問題，具備低成本，兼具低噪音、高響應(yīng)速度的優(yōu)勢，從而能夠完美替代傳統(tǒng)六足并聯(lián)平臺，實現(xiàn)移液器槍頭在多維方向上的高精度、快速響應(yīng)調(diào)節(jié)。

22、（2）本發(fā)明中，通過轉(zhuǎn)動姿態(tài)調(diào)節(jié)機構(gòu)中的第一空心杯電機、網(wǎng)狀柔性聯(lián)軸器及摩擦滾輪，結(jié)合螺釘、壓環(huán)、壓簧與導(dǎo)向柱的協(xié)同預(yù)緊，能夠?qū)崿F(xiàn)移液器繞軸線旋轉(zhuǎn)的自由度調(diào)節(jié)，且相較于傳統(tǒng)滾珠絲杠的反向間隙問題，通過滾動摩擦的直接傳動，避免旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)中的空程誤差，同時結(jié)合俯仰姿態(tài)調(diào)節(jié)機構(gòu)的協(xié)同控制，移液器槍頭無需依賴多設(shè)備聯(lián)動的反向調(diào)節(jié)俯仰姿態(tài)，僅需旋轉(zhuǎn)即可直接實現(xiàn)槍頭反向?qū)R，進而顯著簡化了多維姿態(tài)調(diào)整的復(fù)雜性，提升了微流控芯片注樣場景下的運動穩(wěn)定性和可靠性。

23、（3）本發(fā)明中，俯仰支撐機構(gòu)通過底部保持架上的底部滾珠、中間保持架上的中部滾珠及支撐彈簧的配合，為載物臺提供多自由度下的柔性滾動支撐，當(dāng)載物臺因摩擦桿升降發(fā)生俯仰或偏航時，滾珠與保持架的滾動接觸降低了摩擦阻力，支撐彈簧則吸收載物臺姿態(tài)調(diào)整時的微小位移，確保調(diào)節(jié)過程中平臺整體的穩(wěn)定性和靈活性，從而使載物臺在俯仰、偏航等復(fù)雜姿態(tài)變化時仍能保持平滑運動，避免剛性支撐導(dǎo)致的卡滯或偏移。

24、（4）本發(fā)明中，基于氣體空腔的壓力反饋控制，通過實時監(jiān)測摩擦桿升降引起的腔體氣壓變化，結(jié)合并聯(lián)機構(gòu)運動學(xué)逆解算法，轉(zhuǎn)換為載物臺的多自由度位置參數(shù)，形成閉環(huán)控制，能夠?qū)崟r校正移液器槍頭的位置與姿態(tài)偏差，進而該主動控制方式，摒棄了傳統(tǒng)開環(huán)控制的滯后性，確保了微流控芯片注樣等場景下亞微米級的定位精度與長期重復(fù)性。