载玻片夹取和固定装置的制作方法

本实用新型属于显微成像领域，具体涉及一种用于夹取和固定载玻片的装置。

背景技术：

在医学和生物领域，显微镜具有极为广泛的应用。随着各类研究的不断深入，显微镜的观察模式已从传统的手动观察向自动扫描转变。对自动扫描显微镜而言。载玻片的装卸是影响扫描效率的一大因素。

早期的自动扫描显微镜仍采用人工装卸载玻片，效率较低。随着显微镜自动化程度的提升，出现了各类用于自动装卸载玻片的装置。这些装置的共同点在于夹取搬运载玻片和夹持固定载玻片的机构相互独立，整合度较低。

技术实现要素：

本实用新型提供一种载玻片夹取和固定装置，目的在于，为自动扫描显微镜提供一种载玻片夹取、搬运和固定的方案，所用动作均采用同一装置进行，以达到整合机构，简化操作目的。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

载玻片夹取和固定装置，包括控制模块、底板、步进电机及驱动器、传动机构、导向机构、力传感器和夹爪。

控制模块连接力传感器和驱动器，所述的驱动器连接步进电机，力传感器安装夹爪之间或传动机构之间，测量因夹爪运动而产生改变的力的大小，并反馈给控制模块，控制模块接收力传感器的反馈信号，并通过驱动器控制步进电机转动；夹爪连接传动机构和导向机构，夹爪可以微调夹取固定的载玻片的位姿，传动机构连接步进电机，将步进电机的回转运动转变为所述夹爪的直线运动，导向机构约束夹爪的运动，保证夹爪运动的直线度；所述的步进电机及驱动器、传动机构和导向机构都安装在底板上。

进一步地，所述控制模块具备模拟量输入功能和限位功能，通过对控制模块的设置，可以在力传感器测量到的力的大小达到阈值时，输出脉冲，通过驱动器控制步进电机停止转动。

进一步地，所述传动机构为螺旋传动或连杆传动。

进一步地，所述导向机构采用具备高运动刚度的导轨或导向轴。

进一步地，所述夹爪装夹对象为载玻片。所述夹爪与所述传动机构与导向机构连接，由传动机构提供动力，导向机构保证运动的刚度和直线度，进行直线运动。所述夹爪具备燕尾槽或斜面结构，在两个夹爪相向运动时可以使装夹载玻片完全固定；夹爪具备载玻片的支承面，支承面通过精加工保证高的平面度，并可以微调偏摆、俯仰和滚转三个倾角，从而微调所夹持的载玻片位姿。

进一步地，所述力传感器安装在夹爪之间或传动机构之间，用以测量夹爪运动时随之变化的作用力，并将力的大小转变为模拟量传递至控制模块。

进一步的，所述的控制模块采用型号为vsmd102/103。

本实用新型相对于现有技术的有益效果为：通过将载玻片夹取和固定功能集成在同一装置，并采用力传感器进行反馈，可以整合机构，简化操作，同时降低控制的精度要求。载玻片被装置夹取并后，可以直接放置在显微物镜下方进行观察，提高了自动显微镜的效率。

附图说明

图1是本实用新型的等轴测视图；

图2是本实用新型中夹爪部分的前视图；

图3是本实用新型拆除夹爪和去除载玻片后的等轴测视图

图4是本实用新型中菱形连杆机构的俯视图；

图5是本实用新型的机械原理简图；

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型做具体说明。以下实施例用于说明本实用新型，但不用于限制本实用新型的范围。

载玻片夹取和固定装置，包括控制模块、底板、步进电机及驱动器、传动机构、导向机构、力传感器和夹爪。

控制模块连接力传感器和驱动器，所述的驱动器连接步进电机，力传感器安装夹爪之间或传动机构之间，测量因夹爪运动而产生改变的力的大小，并反馈给控制模块，控制模块接收力传感器的反馈信号，并通过驱动器控制步进电机转动；夹爪连接传动机构和导向机构，夹爪可以微调夹取固定的载玻片的位姿，传动机构连接步进电机，将步进电机的回转运动转变为所述夹爪的直线运动，导向机构约束夹爪的运动，保证夹爪运动的直线度；所述的步进电机及驱动器、传动机构和导向机构都安装在底板上。

进一步地，所述控制模块具备模拟量输入功能和限位功能，通过对控制模块的设置，可以在力传感器测量到的力的大小达到阈值时，输出脉冲，通过驱动器控制步进电机停止转动。

进一步地，所述传动机构为螺旋传动或连杆传动，能够将步进电机输出的回转运动转化为直线运动。

进一步地，所述导向机构采用具备高运动刚度的导轨或导向轴，使导向机构在进行直线运动时产生的其他方向偏移尽可能微小。

进一步地，所述夹爪装夹对象为载玻片。所述夹爪与所述传动机构与导向机构连接，由传动机构提供动力，导向机构保证运动的刚度和直线度，进行直线运动。所述夹爪具备燕尾槽或斜面结构，在两个夹爪相向运动时可以使装夹载玻片完全固定；夹爪具备载玻片的支承面，支承面通过精加工保证高的平面度，并可以微调偏摆、俯仰和滚转三个倾角，从而微调所夹持的载玻片位姿。

进一步地。所述力传感器安装夹爪之间或传动机构之间，用以测量夹爪运动时随之变化的作用力，并将力的大小转变为模拟量传递至控制模块。

进一步的，所述的控制模块采用型号为vsmd102/103。

参见图1，本实用新型所述的载玻片夹取和固定装置的机械部分包括步进电机1、传动丝杠2、菱形连杆机构22、导轨3、夹爪4、底座6和力传感器7，所述的步进电机1、传动丝杠2、菱形连杆机构22和导轨3均安装在底座6上。传动丝杠2与菱形连杆机构22相连接组成传动机构，步进电机1与传动丝杠2的一端相连接9；传动丝杠2上安装有丝杠螺母21，则力传感器7的一端与第一接触端72固定，另一端与第二接触端73固定，用以测量接第一触端72和第二接触端73间的拉压力，力传感器7连接控制模块，步进电机1通过驱动器与控制模块相连接。

如图2所示，夹爪4上用于支承载玻片5的工作面42，由精加工保证其较高的平面度，工作面42上由三个顶丝孔43，44和45，用于微调工作面42的偏摆、俯仰和滚转三个倾角。通过调节工作面42的偏摆、俯仰和滚转三个倾角，使夹爪4在合拢夹紧载玻片5时，载玻片5的位姿满足显微物镜的观察需求。

如图3和图4所示，第一接触端72与丝杠螺母21相固定，第二接触端73和菱形连杆机构22的第三转轴223相固定。菱形连杆机构22的第一转轴221和第二转轴222分别通过转接件23和导轨3的滑块31相固定，所述的导轨3的滑块31共有两个，第四转轴224悬空。夹爪4的两侧分别安装在两侧的转接件23上，从而使步进电机1的回转运动转换为夹爪4的直线运动，并依靠导轨3保证夹爪4运动的刚度和直线度。

如图5所示机械原理图，当与第三转轴223连接的第二接触端73沿f1方向运动时，由于菱形连杆机构22与导轨3的传动作用，夹爪4将直线运动合拢，夹紧载玻片5，根据力的平衡，由受力分析可得，作用在载玻片5上的夹紧力f2与推拉第二接触端73的作用力f1有以下关系(运动阻力不计)：

其中θ为菱形连杆机构22第三转轴223处夹角的二分之一，大小根据载玻片宽度存在一定范围的波动。

而在夹爪4尚未接触到载玻片5时，由于f2的大小为0，如果第二接触端73作匀速直线运动，根据牛顿第一定律，f1的大小等于来自导轨和第一转轴221和第二转轴222的运动阻力，其大小相对于夹爪4夹紧载玻片5后的夹紧力可以忽略不计。

第二接触端73通过力传感器7与第一接触端72连接，而第一接触端72与丝杠螺母21相固定，故力传感器7所测量力的大小即为f1的大小。

控制模块具备模拟量输入功能和限位功能，通过对控制模块的设置，可以在传感器7检测到的f1的大小达到阈值时，控制电机停止转动，使载玻片保持在夹紧状态。

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