[發明專利]一種基于六軸機械臂的化學實驗自動化系統

有效

• 申請號: 202010523651.4
• 申請日: 2020-06-10
• 公開（公告）號: CN111659483B
• 公開（公告）日: 2021-05-28
• 發明（設計）人: 陳春林;李步印;程旭;辛博;馬晶
• 申請（專利權）人: 南京大學;南京南欣醫藥技術研究院有限公司
• 主分類號: B01L9/00
• 分類號: B01L9/00;B01L99/00;B25J9/16
• 代理公司: 南京華恒專利代理事務所(普通合伙) 32335
• 代理人: 宋方園

1.基于六軸機械臂的化學實驗自動化系統，包括中央控制系統，其特征在于：所述中央控制系統包括工作站系統控制模塊和3D仿真場景控制模塊；

所述工作站系統控制模塊，用于工作站系統各機器人運行軌跡的控制及位置參數的顯示；

所述3D仿真場景控制模塊，用于調用場景仿真系統的指定庫文件以實現對仿真環境的控制，且將工作流程仿真規劃的結果以軌跡文件的方式讀取出來并發送相應命令至工作站系統控制模塊，用于對工作站系統中各機器人的目標位置及時間點的控制；所述工作流程仿真規劃包括合理規劃安排不同機器人協同工作。

2.根據權利要求1所述的基于六軸機械臂的化學實驗自動化系統，其特征在于：所述工作站系統包括AGV小車、實驗臺、設置于所述實驗臺上的直線導軌和移液機器人，所述AGV小車上安裝有第二六軸機械臂，所述直線導軌上安裝有第一六軸機械臂；所述工作站系統控制模塊包括第一控制器和第二控制器，所述直線導軌、第一六軸機械臂及末端夾爪通過第一控制器與中央控制軟件通訊連接；所述AGV小車和第二六軸機械臂通過第二控制器與中央控制軟件通訊連接。

3.根據權利要求2所述的基于六軸機械臂的化學實驗自動化系統，其特征在于：所述AGV小車上安裝有激光雷達和深度攝像頭，所述激光雷達和深度攝像頭與第二控制器通訊連接。

4.根據權利要求3所述的基于六軸機械臂的化學實驗自動化系統，其特征在于：所述第二控制器為高性能計算機，所述高性能計算機用于室內定位與圖像信息的處理并將室內定位處理結果、小車狀態、運動指令文件信息傳輸至中央控制軟件。

5.根據權利要求4所述的基于六軸機械臂的化學實驗自動化系統，其特征在于：所述場景仿真系統的建立包括以下幾個步驟：

第一步，根據實驗研究需求確定化學反應方案，至少包括以下每組化學反應的原料、用量，實驗操作以及對應的操作時間，以及試劑容器與反應容器種類與數量；

第二步，根據第一六軸、第二六軸機械臂工作站需要完成的每組化學實驗的工作流程在場景仿真系統中完成規劃設計；所述規劃設計包括根據化學反應方案順序擺放所有容器與物質的位置、反應過程中與反應后容器預留位置以及工作站中所有機器人的動作流程；所述動作流程包括合理規劃安排不同機器人同時工作完成不同實驗的不同步驟，以及利用場景仿真系統的碰撞檢測功能進行強化學習訓練以決策第一、第二六軸機器臂的工作路線以保證躲避障礙安全工作；

第三步，第一、第二六軸機械臂各關節角度與運動速度、AGV小車各電機的運動加速度以及機械臂夾爪開合角度的控制腳本的設計，且各機器人腳本之間可互相通信，從而完成不同功能機器人對實驗不同階段的工作配合。

6.根據權利要求5所述的基于六軸機械臂的化學實驗自動化系統，其特征在于：所述場景仿真系統與工作站系統中的第一、第二六軸機械臂之間均采用解析法進行運動控制，其控制方法包括：

第一步，針對第一、第二六軸機械臂的六個關節初始角度分別建立3維坐標系，并根據關節中心點距離與偏轉角確定相鄰坐標系之間的姿態變換矩陣；

第二步，根據第一、第二六軸機械臂末端的姿態矩陣建立方程，求解出六個關節的角度組合，在計算結果中依照相比當前位置動作最小且能規避障礙兩項原則選擇最優解。

7.根據權利要求4所述的基于六軸機械臂的化學實驗自動化系統，其特征在于：所述中央控制軟件采用Python語言建立；所述中央控制軟件與場景仿真系統都運行在中央主機上。

8.根據權利要求7所述的基于六軸機械臂的化學實驗自動化系統，其特征在于：所述中央主機通過UDP廣播的方式向移液機器人發送運動指令并接收返回幀確保指令被移液機器人接收。