CN108500989A - 实验室智能机械手系统及其操作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了实验室智能机械手系统及其操作方法，包括远程控制中心，及与其分别连接的移动机械手、人体动作采集模块和定位模块；远程控制中心，用于远程监控、控制操作移动机械手并做数据分析处理；移动机械手，用于根据远程控制中心赋予的指令执行动作；人体动作采集模块，用于采集人体的规范化动作，并将采集信息反馈至远程控制中心；定位模块，用于高精度定位移动机械手的移动坐标位；当人体动作采集模块采集人体动作后传输至远程控制中心，由远程控制中心对人体动作分析处理后生成指令并将指令赋予移动机械手执行，并通过定位模块实时监测移动机械手的移动情况。本发明能够实现实验室的全自动化和智能化。

Description

实验室智能机械手系统及其操作方法

技术领域

本发明涉及智能实验室，尤其涉及一种实验室智能机械手系统及其操作方法。

背景技术

随着机器人的性能不断地完善，移动机器人的应用范围随之扩展，不仅在工业、农业、医疗、服务等行业等到广泛的应用，而且在城市安全、国防和空间探测领域等有害与危险场合也等到很好的应用；而在实验室中经常会使用到有害的液体和气体，有时候很难避免有毒气体的散发，若人经常滞留在实验室操作或忘记带安全罩，这样就会威胁到人体健康；另一方面，人长期在实验室中做同一动作，也难避免出错，因此，急需一种可代替人工操作的机械手降低人工操作失误，同时要降低人力成本，提供智能化。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可代替人工操作的机械手，降低人工操作失误，同时要降低人力成本，提供智能化的实验室智能机械手。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：实验室智能机械手系统，包括远程控制中心，及与其分别连接的移动机械手、人体动作采集装置和定位装置；远程控制中心，用于远程监控、控制操作移动机械手并做数据分析处理；移动机械手，用于根据远程控制中心赋予的指令执行动作；人体动作采集装置，用于采集人体的规范化动作，并将采集信息反馈至远程控制中心；定位装置，用于高精度定位跟踪移动机械手的移动坐标位；当人体动作采集装置采集人体动作后传输至远程控制中心，由远程控制中心对人体动作分析处理后生成指令并将指令赋予移动机械手执行，并通过定位装置实时监测跟踪移动机械手的移动情况。

进一步地，所述的实验室智能机械手系统还包括分别连接远程控制中心和移动机械手的识别装置，当所述移动机械手根据指令拿取物体时，识别装置对拿取的物体进行摄像后识别对比，若识别成功，则移动机械手执行下一个指令，若识别失败，则移动机械手将物体放回原位。

进一步地，所述的实验室智能机械手系统还包括分别连接移动机械手和识别装置的报警装置，当所述识别装置对拿取的物体进行识别时，若识别失败，则报警装置进行警示并由移动机械手将物体放回原位；所述报警装置采用语音提示或指示灯方式；其中，移动机械手每一步会有操作提醒。

进一步地，所述的实验室智能机械手系统还包括与所述远程控制中心连接的数据存储模块，所述数据存储模块实时存储所述人体动作采集装置的采集信息和实时存储并排列移动机械手操作动作和移动坐标位。

进一步地，所述的实验室智能机械手系统还包括与所述远程控制中心连接的信息校对装置，当所述移动机械手执行全部指令后，所述信息校对装置从数据存储模块中调取人体动作采集装置的采集信息与移动机械手已执行的动作信息进行校对。

进一步地，所述的实验室智能机械手系统还包括分别与远程控制中心和信息校对装置连接的整合输出模块，当信息校对模块进行校对后，输出整合模块将信息以对比形式整合输出。

实验室智能机械手系统的操作方法包括以下步骤：

步骤1：远程控制采集人工细化标准动作，并将动作信息传输至远程控制中心生成相应的指令；

步骤2：远程控制中心将指令发送至移动机械手；

步骤3：远程控制中心控制移动机械手执行动作，并开启监控和定位；

步骤4：移动机械手开始执行指令，并对拿取的物体进行拍摄后识别比对；

步骤5：完成所有的指令后，将已执行的动作信息发送至远程控制中心，包括错误信息；

步骤6：调取人体动作采集装置的采集信息与移动机械手已执行的动作信息进行校对。

进一步地，所述步骤2中的指令包括对何种物体进行何种动作，以及目标物体的坐标方位。

进一步地，所述步骤4包括以下步骤；

步骤41：若识别对比成功，则执行下一个指令动作，转步骤5；

步骤42：若识别比对失败，则进行报警警示，并控制移动机械手将物体放回原位，重新执行该条指令后，执行下一个指令动作，转步骤5。

进一步地，所述步骤42中预设失误数值范围，若该条指令执行失误超过预设失误数值范围，则自动停止所有动作，并将错误信息反馈至远程控制中心。

进一步地，所述实验室智能机械手系统还包括操作窗口，所述移动机械手安装于所述操作窗口内，所述操作窗口内两侧安装有Z轴滑轨，所述Z轴滑轨上活动连接有一级滑块，所述一级滑块还固定连接有X轴滑轨，所述X轴滑轨垂直于所述Z轴滑轨，且X轴滑轨上活动连接有二级滑块，所述移动机械手包括一基座和平盘，所述平盘安装于基座下方，所述平盘下方安装有抓取手形成一抓取结构，且所述基座内部设置有一级伸缩气缸，所述一级伸缩气缸下方安装有缓冲弹簧。

进一步地，所述基座内部还设有Y轴导向杆，Y轴导向杆内设二级伸缩气缸，所述Y轴导向杆分设于一级伸缩气缸的两侧，且所述Y轴导向杆伸出于所述基座并向基座上方延伸。

进一步地，所述Y轴导向杆的上方固定于所述二级滑块上，当二级滑块在X轴滑轨上移动时，带动所述移动机械手在X轴方向上移动。

进一步地，所述基座一侧设置有安装座，所述安装座内设置有伺服电机，所述伺服电机用于驱动移动机械手执行动作。

进一步地，所述一级滑块上安装有第一位移传感器，二级滑块上安装有第二位移传感器，平盘上安装有第三位移传感器；所述第一位移传感器、第二位移传感器和第三位移传感器分别用于检测一级滑块在Z轴滑轨上的位移，二级滑块在X轴滑轨上的位移，平盘在Y轴方向上的位移情况。

进一步地，所述基座下方还安装有下限传感器，当所述抓取手抓取物体时，一级伸缩气缸向下伸出，若一级伸缩气缸触碰到所述下限传感器，则一级伸缩气缸停止向下伸出，所述二级伸缩气缸继续向下伸出至所述抓取手抓取物体，当所述一级伸缩气缸向下伸出时，会压缩所述缓冲弹簧，所述缓冲弹簧被压缩到最大限度时，即为所述一级伸缩气缸可伸出的最大限度，此时一级伸缩气缸会触碰到所述下限传感器，下限传感器接收到触碰信息后，所述二级伸缩气缸进一步向下伸出，直到抓取手抓取到物体。

进一步地，所述平盘的底部安装有微型高清摄像头，通过微型高清摄像头拍摄获取物体信息。

进一步地，所述抓取手上安装有第一感应器，当所述抓取手抓取物体时，所述第一感应器检测是否抓紧物体。

进一步地，所述操作窗口内还设有报警装置，所述报警装置包括声光报警器，当所述抓取手抓取错误物体时，由声光报警器进行提醒。

进一步地，所述操作窗口内还安装有全角度摄像头，实时监控操作窗口的动态信息。

本发明的有益效果：

1、通过移动机械手替代人工操作，不仅可以避免实验室有害液体或气体对人体的危害，而且可以规范化人工动作，达到标准化操作；

2、通过对移动机械手的定位跟踪监控，可高精度实时定位移动机械手的精准坐标位；

3、通过设置识别装置在移动机械手拿取物品后进行拍摄和识别，可避免拿取错误的物体，相对于人工操作，大大地降低错误率；同时移动机械手每一步会有操作提醒，若移动机械手拿取错误的物体，同样有错误警示，且超出预设的错误范围次数，则系统自动停止。

4、使用移动机械手不断重复动作不仅可以减低人工的犯错率，更加降低了人工成本，也实现了实验室的智能化和自动化。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的流程示意图；

图3为本发明的整体结构示意图；

图4为本发明的滑轨结构示意图；

图5为本发明的机械手结构示意图；

图6为本发明的基座内部结构示意图；

图7为本发明的平盘底部结构示意图。

图中，远程控制中心10，操作窗口10a，Z轴滑轨101，X轴滑轨102，声光报警器103，一级滑块104，二级滑块105，全角度摄像头106,移动机械手20，基座201，一级伸缩气缸2011，缓冲弹簧2012，Y轴导向杆2013，二级伸缩气缸2014，安装座2015，下限传感器2016，第一位移传感器2017，第二位移传感器2018，平盘202，第三位移传感器2021，微型高清摄像头2022，抓取手203，第一感应器2031,定位装置30，识别装置40，报警装置50，数据存储模块60，信息校对模块70，整合输出模块80，人体动作采集装置90。

具体实施方式

本实施例中，参照图1-图7，实验室智能机械手系统，包括远程控制中心10，及与其分别连接的移动机械手20、人体动作采集装置90和定位装置30；远程控制中心10，用于远程监控、控制操作移动机械手20并做数据分析处理；移动机械手20，用于根据远程控制中心10赋予的指令执行动作；人体动作采集装置90，用于采集人体的规范化动作，并将采集信息反馈至远程控制中心10；定位装置30，用于高精度定位跟踪移动机械手20的移动坐标位；当人体动作采集装置90采集人体动作后传输至远程控制中心10，由远程控制中心10对人体动作分析处理后生成指令并将指令赋予移动机械手20执行，并通过定位装置30实时监测跟踪移动机械手20的移动情况。

实验室智能机械手系统还包括分别连接远程控制中心10和移动机械手20的识别装置40，当所述移动机械手20根据指令拿取物体时，识别装置40对拿取的物体进行摄像后识别对比，若识别成功，则移动机械手20执行下一个指令，若识别失败，则移动机械手20将物体放回原位；实验室智能机械手系统还包括分别连接移动机械手20和识别装置40的报警装置50，当所述识别装置40对拿取的物体进行识别时，若识别失败，则报警装置50进行警示并由移动机械手20将物体放回原位，其中，所述报警模块采用语音警示方式。

数据存储模块60实时存储所述人体动作采集装置90的采集信息和实时存储并排列移动机械手20操作动作和移动坐标位；实验室智能机械手系统还包括分别与远程控制中心10和信息校对装置连接的整合输出模块80，当信息校对模块70进行校对后，输出整合模块将信息以对比形式整合输出。

实验室智能机械手系统还包括与所述远程控制中心10连接的信息校对装置，当所述移动机械手20执行全部指令后，所述信息校对装置从数据存储模块60中调取人体动作采集装置90的采集信息与移动机械手20已执行的动作信息进行校对。

实验室智能机械手系统的操作方法包括以下步骤：

步骤1：远程控制采集人工细化标准动作，并将动作信息传输至远程控制中心10生成相应的指令；

步骤2：远程控制中心10将指令发送至移动机械手20；

步骤3：远程控制中心10控制移动机械手20执行动作，并开启监控和定位；

步骤4：移动机械手20开始执行指令，并对拿取的物体进行拍摄后识别比对；

步骤5：完成所有的指令后，将已执行的动作信息发送至远程控制中心10，包括错误信息；

步骤6：调取人体动作采集装置90的采集信息与移动机械手20已执行的动作信息进行校对。

步骤2中的指令包括对何种物体进行何种动作，以及目标物体的坐标方位；骤4包括以下步骤；

步骤41：若识别对比成功，则执行下一个指令动作，转步骤5；

步骤42：若识别比对失败，则进行报警警示，并控制移动机械手20将物体放回原位，重新执行该条指令后，执行下一个指令动作，转步骤5；其中，所述步骤42中预设失误数值为3次，若该条指令执行失误超过预设失误数值3次，则自动停止所有动作，并将错误信息反馈至远程控制中心10。

其中,实验室智能机械手系统还包括操作窗口10a，所述移动机械手20安装于所述操作窗口10a内，所述操作窗口10a内两侧安装有Z轴滑轨101，所述Z轴滑轨101上活动连接有一级滑块104，所述一级滑块104还固定连接有X轴滑轨102，所述X轴滑轨102垂直于所述Z轴滑轨101，且X轴滑轨102上活动连接有二级滑块105，所述移动机械手20包括一基座201和平盘202，所述平盘202安装于基座201下方，所述平盘202下方安装有抓取手203形成一抓取结构，且所述基座201内部设置有一级伸缩气缸2011，所述一级伸缩气缸2011下方安装有缓冲弹簧2012。

基座201内部还设有Y轴导向杆2013，Y轴导向杆2013内设二级伸缩气缸2014，所述Y轴导向杆2013分设于一级伸缩气缸2011的两侧，且所述Y轴导向杆2013伸出于所述基座201并向基座201上方延伸；Y轴导向杆2013的上方固定于所述二级滑块105上，当二级滑块105在X轴滑轨102上移动时，带动所述移动机械手20在X轴方向上移动；基座201一侧设置有安装座2015，所述安装座2015内设置有伺服电机，所述伺服电机用于驱动移动机械手20执行动作。

基座201下方还安装有下限传感器2016，当所述抓取手203抓取物体时，一级伸缩气缸2011向下伸出，若一级伸缩气缸2011触碰到所述下限传感器2016，则一级伸缩气缸2011停止向下伸出，所述二级伸缩气缸2014继续向下伸出至所述抓取手203抓取物体，当所述一级伸缩气缸2011向下伸出时，会压缩所述缓冲弹簧2012，所述缓冲弹簧2012被压缩到最大限度时，即为所述一级伸缩气缸2011可伸出的最大限度，此时一级伸缩气缸2011会触碰到所述下限传感器2016，下限传感器2016接收到触碰信息后，所述二级伸缩气缸2014进一步向下伸出，直到抓取手203抓取到物体，具体地，抓取手203上安装有第一感应器2031，当所述抓取手203抓取物体时，所述第一感应器2031检测是否抓紧物体。

一级滑块104上安装有第一位移传感器2017，二级滑块105上安装有第二位移传感器2018，平盘202上安装有第三位移传感器2021；所述第一位移传感器2017、第二位移传感器2018和第三位移传感器2021分别用于检测一级滑块104在Z轴滑轨101上的位移，二级滑块105在X轴滑轨102上的位移，平盘202在Y轴方向上的位移情况。

平盘202的底部安装有微型高清摄像头2022，通过微型高清摄像头2022拍摄获取物体信息；所述操作窗口10a内还设有报警装置，所述报警装置包括声光报警器103，当所述抓取手203抓取错误物体时，由声光报警器103进行提醒；所述操作窗口10a内还安装有全角度摄像头106，实时监控操作窗口10a的动态信息。

通过移动机械手20替代人工操作，不仅可以避免实验室有害液体或气体对人体的危害，而且可以规范化人工动作，达到标准化操作；通过对移动机械手20的定位跟踪监控，可高精度实时定位移动机械手20的精准坐标位；通过设置识别装置在移动机械手20拿取物品后进行拍摄和识别，可避免拿取错误的物体，相对于人工操作，大大地降低错误率；同时移动机械手20每一步会有操作提醒，若移动机械手20拿取错误的物体，同样有错误警示，且超出预设的错误范围次数，则系统自动停止；使用移动机械手20不断重复动作不仅可以减低人工的犯错率，更加降低了人工成本，也实现了实验室的智能化和自动化。

以上已将本发明做一详细说明，以上所述，仅为本发明之较佳实施例而已，当不能限定本发明实施范围，即凡依本申请范围所作均等变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖范围内。

Claims (10)

1.实验室智能机械手系统，其特征在于：包括远程控制中心，及与其分别连接的移动机械手、人体动作采集装置和定位装置；

远程控制中心，用于远程监控、控制操作移动机械手并做数据分析处理；

移动机械手，用于根据远程控制中心赋予的指令执行动作；

人体动作采集装置，用于采集人体的规范化动作，并将采集信息反馈至远程控制中心；

定位装置，用于高精度定位跟踪移动机械手的移动坐标位；

当人体动作采集装置采集人体动作后传输至远程控制中心，由远程控制中心对人体动作分析处理后生成指令并将指令赋予移动机械手执行，并通过定位装置实时监测跟踪移动机械手的移动情况。

2.根据权利要求1所述的实验室智能机械手系统，其特征在于：还包括分别连接远程控制中心和移动机械手的识别装置，当所述移动机械手根据指令拿取物体时，识别装置对拿取的物体进行摄像后识别对比，若识别成功，则移动机械手执行下一个指令，若识别失败，则移动机械手将物体放回原位。

3.根据权利要求2所述的实验室智能机械手系统，其特征在于：还包括分别连接移动机械手和识别装置的报警装置，当所述识别装置对拿取的物体进行识别时，若识别失败，则报警装置进行警示并由移动机械手将物体放回原位。

4.根据权利要求3所述的实验室智能机械手系统，其特征在于：还包括与所述远程控制中心连接的数据存储模块，所述数据存储模块实时存储所述人体动作采集装置的采集信息和实时存储并排列移动机械手操作动作和移动坐标位。

5.根据权利要求4所述的实验室智能机械手系统，其特征在于：还包括与所述远程控制中心连接的信息校对装置，当所述移动机械手执行全部指令后，所述信息校对装置从数据存储模块中调取人体动作采集装置的采集信息与移动机械手已执行的动作信息进行校对。

6.根据权利要求4所述的实验室智能机械手系统，其特征在于：还包括分别与远程控制中心和信息校对装置连接的整合输出模块，当信息校对模块进行校对后，输出整合模块将信息以对比形式整合输出。

7.实验室智能机械手系统的操作方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：远程控制采集人工细化标准动作，并将动作信息传输至远程控制中心生成相应的指令；

步骤2：远程控制中心将指令发送至移动机械手；

步骤3：远程控制中心控制移动机械手执行动作，并开启监控和定位；

步骤4：移动机械手开始执行指令，并对拿取的物体进行拍摄后识别比对；

步骤5：完成所有的指令后，将已执行的动作信息发送至远程控制中心，包括错误信息；

步骤6：调取人体动作采集装置的采集信息与移动机械手已执行的动作信息进行校对。

8.根据权利要求7所述的实验室智能机械手系统的操作方法，其特征在于：所述步骤2中的指令包括对何种物体进行何种动作，以及目标物体的坐标方位。

9.根据权利要求7所述的实验室智能机械手系统的操作方法，其特征在于：所述步骤4包括以下步骤；

步骤41：若识别对比成功，则执行下一个指令动作，转步骤5；

步骤42：若识别比对失败，则进行报警警示，并控制移动机械手将物体放回原位，重新执行该条指令后，执行下一个指令动作，转步骤5。

10.根据权利要求9所述的实验室智能机械手系统的操作方法，其特征在于：所述步骤42中预设失误数值范围，若该条指令执行失误超过预设失误数值范围，则自动停止所有动作，并将错误信息反馈至远程控制中心。