基于移动式复合机器人的化学实验室智能操作系统及方法

本发明涉及化学实验室系统，具体而言，尤其涉及一种基于移动式复合机器人的化学实验室智能操作系统及方法。

背景技术：

1、现在大部分传统实验室需要实验人员长时间进行实验操作，且大部分实验的重复性强，人工实验效率低且成本高。随着科学技术的发展，机器人在化学实验室的应用成为机器人应用领域的一个热门方向，化学实验室的自动化已经在科学研究和工业应用中变得越来越重要。

2、现有的机器人在移动控制方面存在局限性。因为机器人基座需要在限定的化学实验室内的工作空间移动，并且涉及在多个化学工作工位之间的来回移动，所以如果将所有位姿都放在世界坐标系中进行表达，则需要特定的位姿采集设备，成本高。目前大多采用基于移动机器人基座的坐标系为基准进行表达，但是需要机械臂去完成各种实验操作，故以机器人基座坐标系为基准的定位方式误差比较大。最后，目前的移动式多自由度协作臂无法在多个化学工作工位之间进行详细的化学实验操作，极大限制了移动式复合机器人在化学实验领域的应用。

技术实现思路

1、针对上述提出现有化学实验室机器人存在定位误差的技术问题，而提供一种基于移动式复合机器人的化学实验室智能操作系统及方法。本发明主要利用位置误差补偿方法对未知误差进行补偿，从而起到精准完成实验任务的效果。

2、本发明采用的技术手段如下：

3、一种基于移动式复合机器人的化学实验室智能操作系统，包括控制终端、定位二维码和移动式复合机器人；

4、所述控制终端接收实验订单并根据实验订单向移动式复合机器人发送相应的控制指令；所述控制终端控制实验的流程顺序；所述控制终端监控移动式复合机器人的运行状态；

5、若干个定位二维码设置于不同的化学工作工位上，所述定位二维码与化学工作工位上的待操作化学仪器保持绝对位姿；

6、所述移动式复合机器人的基座处设置有激光雷达，所述移动式复合机器人接收控制指令后根据激光雷达建立的化学实验室地图模型移动至相对应的化学工作工位上执行化学实验；

7、当移动式复合机器人的机械臂抓取出现误差时，机械臂根据末端相机拍摄定位二维码的位姿信息对机械臂运动进行补偿。

8、进一步地，还包括无线充电桩站点，所述无线充电桩与移动式复合机器人无线连接，所述无线充电桩在移动式复合机器人移动至无线充电桩后为移动式复合机器人进行无线充电。

9、进一步地，所述位置补偿方法包括如下步骤：

10、所述移动式复合机器人机械臂的末端执行器上设置有相机，所述相机采集当前化学工作工位上定位二维码的灰度图像并发送至移动式复合机器人；

11、所述移动式复合机器人根据灰度图像确定当前化学工作工位相对机械臂的一次定位位姿；

12、所述移动式复合机器人根据一次定位位姿计算第二次机械臂所移动的终止位置进行二次定位，得到当前化学工作工位定位二维码的精确二维码位姿；

13、根据精确二维码位姿和一次定位位姿计算出相对误差值；

14、所述机械臂根据相对误差值对当前化学工作工位的化学仪器的位姿信息进行补偿，规划出对当前化学工作工位操作的机械臂运动轨迹；

15、根据规划的机械臂运动轨迹执行当前化学工作工位对应的化学实验操作，直到完成当前化学工作工位的化学实验操作。

16、进一步地，所述定位二维码为aruco定位二维码。

17、进一步地，所述移动式复合机器人为四轮移动式机器人，所述机械臂为六自由度协作机械臂。

18、本发明还提供了一种基于移动式复合机器人的化学实验室智能操作方法，基于上述任一项基于移动式复合机器人的化学实验室智能操作系统实现，包括如下步骤：

19、s1、所述控制终端向移动式复合机器人发布控制指令，所述移动式复合机器人接收到控制指令后，根据激光雷达建立的化学实验室的地图模型移动到对应需要操作的化学工作工位；

20、s2、所述移动式复合机器人利用配置在机械臂末端执行器的相机拍摄贴在当前化学工作工位上的定位二维码进行一次定位，确定在机械臂基坐标系下的化学工作工位相对定位位姿；

21、s3、移动式复合机器人对当前化学工作工位的各化学仪器的操作空间位姿进行补偿，修正计算出二次定位时机械臂需要到达的精确定位二维码位姿；

22、s4、根据s3得到的精确定位二维码位姿，以及实际化学实验室的空间限制条件，移动式复合机器人规划出机械臂对当前化学工作工位进行操作的运动轨迹，同时保证机械臂实现位姿调整和自动避障；

23、s5、所述移动式复合机器人的机械臂根据规划出的运动轨迹执行当前化学工作工位对应的实验操作，直至完成该化学工作工位的所有实验操作。

24、较现有技术相比，本发明具有以下优点：

25、本发明采用基于aruco定位二维码的实验仪器进行相对位姿计算，且以机械臂基坐标系下对应实验台设备的操作位姿信息进行表达，正常情况下，通过一张定位二维码即可计算该化学工作工位上各化学仪器的定位位姿信息。并且在各化学工作工位上贴对应的定位二维码，移动式复合机器人便可通过识别相应的定位二维码信息，构建不同化学工作工位之间的位姿结构化信息，完成多个化学工作工位之间的化学实验操作。

26、本发明根据实际化学实验室场景设置了约束条件，并借助激光雷达的导航技术建立了地图模型，使得移动式复合机器人在实际实验室内可以保持安全稳定的运动特性；定位二维码不占用额外的空间，正常情况下，只需在各化学工作工位上贴一张即可；在相机拍摄定位二维码进行定位时，相机拍摄次数少，仅需要两次便可完成机械臂对当前化学工作工位的定位；基于moveit完成轨迹规划，使得机械臂运动轨迹的平滑连续，实现机械臂的位姿调整和自动避障；通过在机械臂的定位信息中进行了误差补偿，可实现末端执行器在抓取和放置操作物时，重复定位精度高，定位误差小；末端执行器具备快速换爪机构，可面对不同操作物快速切换末端执行器，以适应不同的化学实验操作需求；移动式复合机器人搭配无线充电模块，在低电量时，可移动至无线充电桩进行无线充电，尽可能的实现全天全时常的实验作业。

技术特征：

1.一种基于移动式复合机器人的化学实验室智能操作系统，其特征在于：包括控制终端、定位二维码和移动式复合机器人；

2.根据权利要求1所述的基于移动式复合机器人的化学实验室智能操作系统，其特征在于，还包括无线充电桩站点，所述无线充电桩与移动式复合机器人无线连接，所述无线充电桩在移动式复合机器人移动至无线充电桩后为移动式复合机器人进行无线充电。

3.根据权利要求1所述的基于移动式复合机器人的化学实验室智能操作系统，其特征在于，所述位置补偿方法包括如下步骤：

4.根据权利要求1所述的基于移动式复合机器人的化学实验室智能操作系统，其特征在于，所述定位二维码为aruco定位二维码。

5.根据权利要求1所述的基于移动式复合机器人的化学实验室智能操作系统，其特征在于，所述移动式复合机器人为四轮移动式机器人，所述机械臂为六自由度协作机械臂。

6.一种基于移动式复合机器人的化学实验室智能操作方法，基于权利要求1-5中任一项权利要求所述的基于移动式复合机器人的化学实验室智能操作系统实现，其特征在于，包括如下步骤：

技术总结本发明提供一种基于移动式复合机器人的化学实验室智能操作系统及方法，系统包括控制终端、定位二维码和移动式复合机器人；所述控制终端接收实验订单并根据实验订单向移动式复合机器人发送相应的控制指令；所述控制终端控制实验的流程顺序；所述控制终端监控移动式复合机器人的运行状态；若干个定位二维码设置于不同的化学工作工位上，所述定位二维码与化学工作工位上的待操作化学仪器保持绝对位姿；当移动式复合机器人的移动出现误差时，所述移动式复合机器人根据定位二维码采用位置补偿方法对自身位置进行补偿。本发明能够起到便于控制移动式复合机器人按照特定的化学实验流程到达相应化学工作工位以完成化学实验操作的作用。技术研发人员：陶胜洋,杨文博,杜宇,杨壮,丛明,田小静受保护的技术使用者：大连理工大学技术研发日：技术公布日：2024/6/5