全自动DNA分析仪的设计与仿真

【摘要】：传统的传染病检测方式通常检测的是抗体,基于微流控技术的DNA分析仪所检测的则是抗原,是通过直接检测病毒DNA的方式以确定传染病的病因。相比之下,直接检测病毒DNA的方式具有及时性、直接性和准确性,同时也对污染源的控制及检测设备的自动化提出了更高的要求。目前基于微流控技术的DNA分析仪能够实现样本的稀释、混匀等过程自动化,但是样本转移的过程却依然需要手动进行。本文研究的目的正是研发一台与基于微流控技术的DNA检测仪相配套的自动化设备,以尽量减少在样本的转移、稀释、混匀、取样等过程中样本受到的污染,这对于保证应用微流控技术对样本进行病毒、细菌、遗传物质检测的检测结果的准确性具有重要意义。在主要结构机构设计与仿真部分,本文从总体设计入手对总体方案、总体布局、工作流程进行分析,并从总体设计的角度对设备的各组成部分的设计要求进行了分析。机器人支撑结构的刚度对于保证机器人工作时前端点位置的准确具有重要意义,本文对机器人的支撑结构进行了静力学仿真和优化。在注射器操纵机构设计中,本文提出了二段提升的构型并通过动力学仿真验证了机构的合理性。二段提升的构型即气缸驱动注射器整体的提升运动,伺服电机驱动注射器推杆的提升运动。在隔离门启闭机构的设计中,本文采用运动分段的理念并通过动力学仿真验证了机构的合理性。运动分段的理念是将门体的提升运动与密封运动分开考虑,这对于在紧凑的运动空间实现门体的可靠密封具有重要意义。注射器的视觉定位,不仅要考虑到注射器抓取的可靠性,而且要考虑到抓取点位置的准确性。基于所采集的注射器图像的特点,本文采用了高斯滤波的方式去除了图像中的高斯噪声并采用Canny边缘检测算法进行了边缘提取,将边缘提取后的模板图像与边缘提取后的待测图形进行了模板匹配。考虑到注射器旋转的情况,同时为了提高定位的准确性本文提出了一种目标旋转时的模板匹配与视觉定位算法。经实验验证,此算法能有效提高注射器视觉定位的精度,注射器轴向位置绝对误差的平均值从0.84mm下降到0.53mm。在机器人运动控制部分,本文进行了机器人的选型及机器人运动程序的编制并通过运动学仿真对模型尺寸及机器人运动程序的合理性进行了验证。