CN106771290B - 一种机器人自动检验分析系统及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种机器人自动检验分析系统及使用方法，包括箱体、触摸屏、显示屏、监控器、滴定装置、试管加料装置、试管加热装置、排风装置、控制装置，箱体由上箱和下箱组成，上箱为透明密封结构，上箱顶部设有滴定装置、监控器，上箱内部固定有机械手、试管加料装置、试管加热装置，试管加料装置、试管加热装置环形布置在机械手四周，排风装置设置在下箱，触摸屏、显示屏固定在箱体上；控制装置设置在下箱内；监控器通过自带的wifi，将图像信息直接发送到指定的互联网。本发明的优点是：采用机器人作为检验分析“操作者”，使检验分析大部分工作替代了人工操作，加上智能控制系统配合，实现了自动检验分析。

Description

一种机器人自动检验分析系统及使用方法

技术领域

本发明属于质量检验分析领域，特别涉及一种机器人自动检验分析系统及使用方法。

背景技术

从广义上来说，质量检验(化验)检测是指质量检验检测机构接受产品生产商或产品用户的委托，综合运用科学方法及专业技术对某种产品的质量、安全、性能、环保等方面进行质量检验检测，出具质量检验检测报告，从而评定该种产品是否达到政府、行业和用户要求的质量、安全、性能及法规等方面的标准。

检验(化验)检测分析：通过进行检验或检测分析等理化手段，取得数据，分析判断质量情况。

对实体的一个或各个特性，根据技术标准，对产品采用相应的检验(化验)、分析，并将结果与规定的质量要求进行比较，确定产品的质量特性，判定产品质量是否符合规定的要求，这是质量检验的鉴别功能。鉴别是“把关”的前提，通过鉴别才能判断产品质量是否合格。不进行鉴别就不能确定产品的质量状况，也就难以实现质量“把关”。因此鉴别功能是质量检验各项功能的基础。

传统的某些产品质量检验(化验)检测，是采用常规的人工去加料、滴定加药、摇晃和加热蒸发，这些环节，易产生挥发性有毒或高温气体，检验分析时间长。对检验人员健康有影响。检验人员在这种条件下长时工作，特别是连续检验分析多种样品，会影响检验(化验)检测和分析的精准性。

当前，现代电子信息技术飞快发展，给检验(化验)分析，带来了更新的机遇，特别是机器人技术的成熟，给检验(化验)分析带来了自动化的可能，可以减轻检验工作人员的劳动强度，改善工作环境，提高检验(化验)分析的精准度。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种机器人自动检验分析系统及使用方法，使用机器人代替人工操作，并进行自动检验(化验)分析，减轻检验(化验)分析工作人员的劳动强度和改善工作环境。

为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种机器人自动检验分析系统，包括箱体、触摸屏、显示屏、监控器、滴定装置、试管加料装置、试管加热装置、排风装置、控制装置，箱体由上箱和下箱组成，上箱为透明密封结构，上箱顶部设有滴定装置、监控器，上箱内部固定有机械手、试管加料装置、试管加热装置，试管加料装置、试管加热装置环形布置在机械手四周，排风装置设置在下箱，触摸屏、显示屏固定在箱体上；上箱、下箱均铰接有箱门；控制装置设置在下箱内；监控器通过自带的wifi，将图像信息直接发送到指定的互联网；

试管加热装置包括陶瓷加热筒、热电偶、耐热硅胶筒、紧固螺母，陶瓷加热筒底部设置有耐热硅胶筒，耐热硅胶筒内设有热电偶，热电偶通过紧固螺母与陶瓷加热筒、耐热硅胶筒固定，陶瓷加热筒上连接有加热线；

滴定装置包括微型蠕动泵、操作开关、入料管、出料管，微型蠕动泵与入料管、出料管相连接，微型蠕动泵由操作开关定时控制流量。

控制装置用以控制机械手、试管加热装置及滴定装置，包括全固态微型电脑、PLC控制器、加热控制模块、加热驱动器、测温模块，全固态微型电脑与PLC控制器、触摸屏、监控器连接，PLC控制器与机械手的驱动器、微型蠕动泵相连接；全固态微型电脑与滴定装置、加热控制模块连接，加热控制模块与加热驱动器连接，加热驱动器与热电偶连接，测温模块与加热控制模块连接；加热控制模块与触摸屏连接；全固态微型电脑上设有wifi模块、USB接口。

机械手包括回转机座步进电机驱动装置、右支架、手部、小臂步进电机驱动装置、手部气动夹紧装置、腕转动步进电机、腕摆传动架、小臂转动四连杆、小臂转动传动架、夹紧用输气管、大臂转动四连杆、左支架、大臂步进电机驱动装置、操作控制装置、回转机座、固定机座，固定机座固定在上箱内，回转机座与固定机座转动连接，左支架与右支架固定在回转机座上，左支架与右支架之间设有回转机座步进电机驱动装置，回转机座步进电机驱动装置驱动回转机座转动；小臂转动传动架一侧与大臂转动四连杆活动连接，另一侧与小臂转动四连杆活动连接，小臂转动四连杆端部连接有腕摆传动架，腕摆传动架内设有腕转动步进电机，腕摆传动架上连接有手部气动夹紧装置，腕转动步进电机驱动手部气动夹紧装置转动，手部气动夹紧装置与手部连接，并驱动手部实现夹持操作，操作控制装置通过输气管为手部气动夹紧装置供气；小臂步进电机驱动装置驱动小臂转动四连杆以小臂转动传动架为圆形转动；大臂步进电机驱动装置驱动大臂转动四连杆转动。

一种机器人自动检验分析系统的使用方法，包括以下步骤：

1)将试管放入试管加料装置内，关闭箱门，上箱内形成封闭空间；

2)根据检验需求通过滴定装置向相应的试管中加药，加药量通过微型蠕动泵控制；每个滴定装置提供一种原料药，若干滴定装置配合实现多种原料药的滴定；

3)加药结束后，通过PLC控制器控制机械手夹持试管，并将试管从试管加料装置内取出，然后机械手对试管进行摇晃，通过PLC控制器控制试管摇晃时间，使试管内原料药充分溶解；

4)若试管内原料药不需加热，则机械手直接将试管放回原来的试管加料装置；若需要加热，则通过机械手将试管放到试管加热装置内加热；

5)试管加热装置的加热过程为：通过触摸屏对待加热试管内的原料药进行加热温度、加热时间的设定，然后将设定参数传输到加热控制模块，驱动试管加热装置对试管加热，再由测温模块检测试管的加热温度，直到加热温度达到设定值或达到加热时间设定值，停止加热，控制机械手将试管取出，并提到监控器前，方便操作人员通过显示器和/或远程观测；若无需继续加热，则通过机械手将试管放到原来的试管加料装置内，若需要继续加热则再次放回试管加热装置内再次加热。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)本系统采用机器人作为检验(化验)分析“操作者”，使检验(化验)分析大部分工作替代了人工操作，加上智能控制系统配合，实现了自动检验(化验)分析；

2)本系统采用了多组蠕动泵，在智能控制系统配合下，自动提供多种原料药滴定的功能，可实现自动检验(化验)分析的水平；

3)本系统采用多工位加热器，在智能控制系统的配合下，定温、定时加热蒸发，可大大减轻检验(化验)分析工作人员的劳动强度和改善工作环境；

4)本系统采用了带WiFi的全固态微电脑和带WiFi的监控器，可方便地实现远程监视和操作，这对于长时间的检验(化验)分析的工作人员，大有好处；

5)本系统可以用于多种类似的检验(化验)检测和分析场合；

6)本系统采用密闭环境检测，不会将反应气体外泄，不会污染检测环境，可确保操作人员的安全。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是上箱的机械手操作及试管加料装置、试管加热装置布置示意图。

图3是本发明控制原理图。

图4是8路滴定装置示意图。

图5是机械手结构示意图。

图6是试管加热装置控制原理图。

图7是试管加热装置结构示意图。

图8是本发明工作流程图。

图中：1-箱体 2-滴定装置 3-触摸屏 4-机械手 5-试管加热装置 6-试管加料装置 7-监控器 8-排风装置 91-上箱箱门 92-下箱箱门 10-显示屏 11-容器位置轨迹 12-机械手带载轨迹 13-试管

401-回转机座步进电机驱动装置 402-右支架 403-小臂步进电机驱动装置 404-手部 405-手部气动夹紧装置 406-腕转动步进电机 407-腕摆传动架 408-小臂转动四连杆一 409-小臂转动四连杆二 410-小臂转动传动架 411-固定机座 412-输气管 413-大臂转动四连杆一 414-大臂转动四连杆二 415-左支架 416-大臂步进电机驱动装置 417-操作控制装置 418-回转机座

501-陶瓷加热筒 502-热电偶 503-耐热硅胶筒 504-紧固螺母 505-热电偶引线506-加热线。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明进行详细地描述，但是应该指出本发明的实施不限于以下的实施方式。

见图1、图2，一种机器人自动检验分析系统，包括箱体1、触摸屏3、显示屏10、监控器7、滴定装置2、试管加料装置6、试管加热装置5、排风装置8、控制装置，箱体1由上箱和下箱组成，上箱为透明密封结构，上箱顶部设有滴定装置2、监控器7，上箱内部固定有机械手4、试管加料装置6、试管加热装置5，试管加料装置6、试管加热装置5环形布置在机械手4四周，见图2，试管加热装置5为8个设置在机械手4的左侧，试管加料装置6为8个设置在机械手4的右侧，并用标号区分，以方便检测使用。试管加料装置6与试管加热装置5沿容器位置轨迹11布置，机械手4在取出试管13后沿机械手带载轨迹12移动，避免损伤试管13，也可避免试管13内的原料药意外喷溅到机械手4本体上。排风装置8设置在下箱，用以排放回收检测过程中释放的烟气；触摸屏3、显示屏10固定在箱体1上；上箱铰接有透明的上箱箱门91，下箱铰接有下箱箱门92，上箱箱门91、下箱箱门92上均设有密封条，防止上箱内的反应气体溢出；控制装置设置在下箱内；监控器7通过自带的wifi，将图像信息直接发送到指定的互联网；显示屏10显示所有的控制信息，也可实时显示监控器7传输的图像，也可显示PLC控制器的控制信息。

见图7，试管加热装置5包括陶瓷加热筒501、热电偶502、耐热硅胶筒503、紧固螺母504，陶瓷加热筒501底部设置有耐热硅胶筒503，耐热硅胶筒503内设有热电偶502，与热电偶502连接的热电偶引线505引出到试管加热装置5外，方便通电加热；热电偶502通过紧固螺母504与陶瓷加热筒501、耐热硅胶筒503固定，陶瓷加热筒501上连接有加热线506，用以加热陶瓷加热筒501。

见图4，滴定装置2包括微型蠕动泵、操作开关、入料管、出料管，微型蠕动泵与入料管、出料管相连接，微型蠕动泵由操作开关定时控制流量。图4中所示的滴定装置2为8个，R1～R8为微型蠕动泵；K1～K8为相应的微型蠕动泵操作开关；S1～S8为入料管；C1～C8为出料管，出料管出口位置与试管加料装置6相匹配。

见图3，控制装置用以控制机械手4、试管加热装置5及滴定装置2，包括全固态微型电脑、PLC控制器、加热控制模块、加热驱动器、测温模块，全固态微型电脑与PLC控制器、触摸屏3、监控器7连接，PLC控制器与机械手4的驱动器、微型蠕动泵相连接，用以控制机械手4的运动及微型蠕动泵的输出；全固态微型电脑与滴定装置2、加热控制模块连接，加热控制模块与加热驱动器连接，加热驱动器与热电偶502连接，测温模块与加热控制模块连接；加热控制模块与触摸屏3连接；全固态微型电脑上设有wifi模块、USB接口。其中，PLC控制器采用S7-200控制器，与试管加热装置5相对应的采用8路加热控制模块，加热控制模块采用KZSCR-TC-8温控模块，加热驱动器采用7路SSR-25DA固态继电器，测温模块采用7路K型热电偶温度传感器。试管加热装置5、试管加热装置6实际用7路其余1路备用。

见图5，机械手4包括回转机座步进电机驱动装置401、右支架402、手部404、小臂步进电机驱动装置403、手部气动夹紧装置405、腕转动步进电机406、腕摆传动架407、小臂转动四连杆、小臂转动传动架410、夹紧用输气管412、大臂转动四连杆、左支架415、大臂步进电机驱动装置416、操作控制装置417、回转机座418、固定机座411，固定机座411固定在上箱内，回转机座418与固定机座411转动连接，左支架415与右支架402固定在回转机座418上，左支架415与右支架402之间设有回转机座步进电机驱动装置401，回转机座步进电机驱动装置401驱动回转机座418转动；小臂转动传动架410一侧与大臂转动四连杆活动连接，另一侧与小臂转动四连杆活动连接，小臂转动四连杆端部连接有腕摆传动架407，腕摆传动架407内设有腕转动步进电机406，腕摆传动架407上连接有手部气动夹紧装置405，腕转动步进电机406驱动手部气动夹紧装置405转动，手部气动夹紧装置405与手部404连接，并驱动手部404实现夹持操作，操作控制装置417通过输气管412为手部气动夹紧装置405供气；小臂步进电机驱动装置403驱动小臂转动四连杆以小臂转动传动架410为圆形转动；大臂步进电机驱动装置416驱动大臂转动四连杆转动。其中，大臂转动四连杆由大臂转动四连杆一413和大臂转动四连杆二414组成，小臂转动四连杆由小臂转动四连杆一408和小臂转动四连杆二409组成，以减轻自身重量，同时提高机械手的灵活性。

操作控制装置417与PLC控制器相通讯，PLC控制器通过操作控制装置417控制手部气动夹紧装置405、大臂步进电机驱动装置416、回转机座步进电机驱动装置401、小臂步进电机驱动装置403、腕转动步进电机406。图3中的驱动器1、驱动器2、驱动器3和驱动器4，分别带动回转机座步进电机驱动装置401，小臂步进电机驱动装置403，腕转动步进电机406和大臂步进电机驱动装置416及手部气动夹紧装置405。

一种机器人自动检验分析系统的使用方法，包括以下步骤：

1)将试管13放入试管加料装置6内，关闭箱门，上箱内形成封闭空间；

2)根据检验需求通过滴定装置2向相应的试管13中加药，加药量通过微型蠕动泵控制；每个滴定装置2提供一种原料药，若干滴定装置2配合实现多种原料药的滴定；

3)加药结束后，通过PLC控制器控制机械手4夹持试管13，并将试管13从试管加料装置6内取出，然后机械手4对试管13进行摇晃，通过PLC控制器控制试管13摇晃时间，使试管13内原料药充分溶解；

4)若试管13内原料药不需加热，则机械手4直接将试管13放回原来的试管加料装置6；若需要加热，则通过机械手4将试管13放到试管加热装置5内加热；

5)试管加热装置5的加热过程为：通过触摸屏3对待加热试管13内的原料药进行加热温度、加热时间的设定，然后将设定参数传输到加热控制模块，驱动试管加热装置5对试管13加热，再由测温模块检测试管13的加热温度，直到加热温度达到设定值或达到加热时间设定值，停止加热，控制机械手4将试管13取出，并提到监控器7前，方便操作人员通过显示器和/或远程观测；若无需继续加热，则通过机械手4将试管13放到原来的试管加料装置6内，若需要继续加热则再次放回试管加热装置5内再次加热，直到反应达标，再由机械手4将试管13送回试管加料装置6内，待机械手4回归初始位置后，打开上箱箱门91，取出相应试管13，完成检测。

本发明的优点：

1)本系统采用机器人作为检验(化验)分析“操作者”，使检验(化验)分析大部分工作替代了人工操作，加上智能控制系统配合，实现了自动检验(化验)分析；

2)本系统采用了多组蠕动泵，在智能控制系统配合下，自动提供多种原料药滴定的功能，可实现自动检验(化验)分析的水平；

3)本系统采用多工位加热器，在智能控制系统的配合下，定温、定时加热蒸发，可大大减轻检验(化验)分析工作人员的劳动强度和改善工作环境；

4)本系统采用了带WiFi的全固态微电脑和带WiFi的监控器7，可方便地实现远程监视和操作，这对于长时间的检验(化验)分析的工作人员，大有好处；

5)本系统可以用于多种类似的检验(化验)检测和分析场合；

6)本系统采用密闭环境检测，不会将反应气体外泄，不会污染检测环境，可确保操作人员的安全。

Claims (2)

1.一种机器人自动检验分析系统，包括箱体、触摸屏、显示屏、监控器、滴定装置、试管加料装置、试管加热装置、排风装置、控制装置，箱体由上箱和下箱组成，上箱为透明密封结构，上箱顶部设有滴定装置、监控器，上箱内部固定有机械手、试管加料装置、试管加热装置，试管加料装置、试管加热装置环形布置在机械手四周，排风装置设置在下箱，触摸屏、显示屏固定在箱体上；上箱、下箱均铰接有箱门；控制装置设置在下箱内；监控器通过自带的wifi，将图像信息直接发送到指定的互联网；

试管加热装置包括陶瓷加热筒、热电偶、耐热硅胶筒、紧固螺母，陶瓷加热筒底部设置有耐热硅胶筒，耐热硅胶筒内设有热电偶，热电偶通过紧固螺母与陶瓷加热筒、耐热硅胶筒固定，陶瓷加热筒上连接有加热线；

滴定装置包括微型蠕动泵、操作开关、入料管、出料管，微型蠕动泵与入料管、出料管相连接，微型蠕动泵由操作开关定时控制流量；

其特征在于，所述的机械手包括回转机座步进电机驱动装置、右支架、手部、小臂步进电机驱动装置、手部气动夹紧装置、腕转动步进电机、腕摆传动架、小臂转动四连杆、小臂转动传动架、夹紧用输气管、大臂转动四连杆、左支架、大臂步进电机驱动装置、操作控制装置、回转机座、固定机座，固定机座固定在上箱内，回转机座与固定机座转动连接，左支架与右支架固定在回转机座上，左支架与右支架之间设有回转机座步进电机驱动装置，回转机座步进电机驱动装置驱动回转机座转动；小臂转动传动架一侧与大臂转动四连杆活动连接，另一侧与小臂转动四连杆活动连接，小臂转动四连杆端部连接有腕摆传动架，腕摆传动架内设有腕转动步进电机，腕摆传动架上连接有手部气动夹紧装置，腕转动步进电机驱动手部气动夹紧装置转动，手部气动夹紧装置与手部连接，并驱动手部实现夹持操作，操作控制装置通过输气管为手部气动夹紧装置供气；小臂步进电机驱动装置驱动小臂转动四连杆以小臂转动传动架为圆形转动；大臂步进电机驱动装置驱动大臂转动四连杆转动。

2.根据权利要求1所述的一种机器人自动检验分析系统的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将试管放入试管加料装置内，关闭箱门，上箱内形成封闭空间；

2)根据检验需求通过滴定装置向相应的试管中加药，加药量通过微型蠕动泵控制；每个滴定装置提供一种原料药，若干滴定装置配合实现多种原料药的滴定；

3)加药结束后，通过PLC控制器控制机械手夹持试管，并将试管从试管加料装置内取出，然后机械手对试管进行摇晃，通过PLC控制器控制试管摇晃时间，使试管内原料药充分溶解；

4)若试管内原料药不需加热，则机械手直接将试管放回原来的试管加料装置；若需要加热，则通过机械手将试管放到试管加热装置内加热；

5)试管加热装置的加热过程为：通过触摸屏对待加热试管内的原料药进行加热温度、加热时间的设定，然后将设定参数传输到加热控制模块，驱动试管加热装置对试管加热，再由测温模块检测试管的加热温度，直到加热温度达到设定值或达到加热时间设定值，停止加热，控制机械手将试管取出，并提到监控器前，方便操作人员通过显示器和/或远程观测；若无需继续加热，则通过机械手将试管放到原来的试管加料装置内，若需要继续加热则再次放回试管加热装置内再次加热。