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| 实验室机器样品的数量进行管理的范围 | |||
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实验室机器自动化的典型应用是血液学分析仪、自动电泳,微生物学分析,生物医学分析,止血分析仪、自动分配器。 这些应用程序包括注射器配制液体的小卷,自动分配和抽样的化学物质,DNA处理,和许多其他应用程序(参见图2)。在大多数情况下,应用程序是笛卡儿的小水井样品,和单个或多个配药设备在一个移动的头上。 样品的数量进行管理的范围可以从1到96。 运动通常与小型步进电动机和驱动各种机械解决方案,如同步皮带和滑轮,导致螺丝,齿条和小齿轮驱动解决方案。
自动化被当作试管市场的需求的解决方案,新的技术挑战新兴不仅在样本数据的处理虽然信息技术解决方案还在样品的物理传输链的设备,同时保持可追溯性。
例如,其中一个挑战是测量液体的水平。 一些实验室仍然依靠技术人员监控存在和液体的水平,一个不精确的和昂贵的替代自动监控。 但即使这个看似简单的任务自动化检测液体水平是有问题的。 一些设备依赖于导电电极测量水平时,液体直接接触开关。 当这种情况发生时,调节仪器的开关发出信号,将其转换为一个开关信号。 但是因为这样的传感探头直接物理接触液体,实验室运行样本污染和测试失败的风险。 甚至单个标本污染可以导致失去的时间,降低了效率,倾斜的测试结果,和有缺陷的病人诊断。
尽量减少样品污染,实验室技术人员监控自动化过程必须中断操作来代替一次性调查技巧。 这些建议必须替换为每个测试液体变化和每个病人样本分析。 而评估液体水平以这种方式是有效的,一次性技巧可以是昂贵的,需要替换它们昂贵的停机时间。
超声波传感器在自动化实验室设备出现了快速、准确地检测液体的水平,并且没有接触液体。 超声波传感器可以安装分配管的顶部阅读内部液体的水平。 上面的X / Y表移动传感器样品管需要提供快速、稳定,可重复定位在实验室设备。 虽然组件标准螺距螺杆或皮带传动模块可以实现这个目标,一个工程解决方案集成机电一体化方法更有可能带来令人满意的性能水平在一个可接受的成本。
但尽管许多专业公司提供所需的工程和可能制造分包服务,许多试管制造商在某种程度上还没有发现和实现机电一体化的综合学科领域。
实验室设计用于处理标本(如。 、环境研究或医学实验室自动化分析仪)尤其是受益于一个机电一体化的方法。 这样的分析是旨在衡量不同的化学物质的生物样品和测试。 第一个生化分析仪主要用于日常重复的医学实验室分析。 然而,他们已经取代了过去几年工作的离散系统,需要降低试剂消耗。 此类系统通常确定水平的白蛋白,碱性,血尿素氮、钙、胆固醇和glucoseuric酸血清或其他身体样本(见图3)。
手持吸量管、自动化仪表、高通量机器人工作站,为药物发现和色谱系统和生物技术市场经常由一个笛卡儿的机器人,配有多功能X / Y / Z马车,五个工具在同一时间。 一般来说,这些设备使用高精度机动运动的高速和高精度定位系统。 机动显示定位系统提高了易于执行显示测量结果。 虽然所需的动作自动化目前不是很复杂,动作会更加困难,因为吞吐量需求增加。 组件悬臂倾向于flex和振荡,从而扰乱之间运动的准确性或需要解决的时间运动。 这些系统的动力学没有简单的解决方案会使他们更有效率。
在过去,机械工程师已经几乎完全处理机器和产品设计等问题。 机械工程师设计了机器后,控制和软件工程师工作控制和编程问题的解决方案。 这种sequential-engineering方法通常会导致次优的设计。 机械设计总体上影响了微电子学的发展,控制工程,计算机科学。 需要作为一个坚实的基础为设计高性能的机器是一个协同不同工程学科之间的交叉渗透。 这正是机电一体化试图实现:并行工程对机械设计的看法。
必不可少的特性在实验室的行为或任何机器的控制和协调的一个或多个机器的运动元素。 生成和协调所需的动作,这样日益增长的性能和准确性需求得到满足,已经存在理由的机电一体化在许多其他应用程序。 传统机制的灵活性有限生成各种各样的运动。 他们的潜力创造复杂的功能关系的运动执行机构和驱动之间的元素也受到限制。 纯机械驱动系统的另一个限制是其固有的缺乏准确性,这是由摩擦引起的,反弹,上发条的错误,共振,尺寸错误,等等。
这种限制可以通过消除或缓解简化forced-motion机制之间的执行机构和驱动的元素。 相反,每个元素提供了一个驱动电机驱动和位置传感器。 运动控制器生成所需的不同的驱动元素的运动之间的关系。 运动同步函数从容易出错的硬件机制转向灵活的软件控制器。 通过应用机电一体化的方法,大量的运动可以同步,甚至那些长途远离对方。
至于外部力量,振动和噪声等一系列副作用可以影响机械零件和工具的功能行为。 虽然被动阻尼治疗法,但适用范围有限。 机电一体化的方法可以提供更有效的解决方案。 例如,基于信息的振动和噪音水平被适当的传感器,可以抵消振动致动器的分布式结构,和机器元素变得活跃和聪明。
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