CN108972512A - 一种实验室测试的智慧辅助系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及实验室设备控制技术领域，具体公开了一种实验室测试的智慧辅助系统，包括多臂机械手、机器人视觉装置和机器人AGV行走平台；所述多臂机械手安装于机器人AGV行走平台上；机器人视觉装置安装于多臂机械人的机械臂上；所述多臂机械手用于装载机器人视觉装置，以及操作数显实验仪器；所述机器人视觉装置用于识别数显实验仪器、数显实验仪器显示的测试数据以及机器人AGV行走平台的行驶路况；所述机器人AGV行走平台用于装载多臂机械手并在实验室行驶。本发明实现了实验室自动化、智能化、无人化，保障检测环节的闭环性、精确性以及可追溯性。
Description
技术领域
本发明涉及实验室设备控制技术领域，具体涉及一种实验室测试的智慧辅助系统。
背景技术
真空计量检测实验室作为专业的检测机构，其给出的检测结果既要保证重复精确度，同时也要保证公正度。由于每个实验人员操作经验不同，其检测出的数据会出现不同情况，重复性低。在各种样品检测中，有些检测试验需要的持续时间较长，为达到检测真空度，有时需要工作人员24小时不间断检测，一连工作数天，其检测劳动量非常大。同时，针对已经建设的实验室，如果按设备改造法来自动化改造，需要协调各设备厂家，同时改造量大，改造风险高。
发明内容
有鉴于此，有必要针对上述的问题，提出一种实验室测试的智慧辅助系统，以解决上述背景技术中的缺点。
为实现上述目的，本发明采取以下的技术方案：
一种实验室测试的智慧辅助系统，应用于包括至少一台数显实验仪器的实验室，该实验室测试的智慧辅助系统包括多臂机械手、机器人视觉装置和机器人AGV行走平台；所述多臂机械手安装于机器人AGV行走平台上；机器人视觉装置安装于多臂机械人的机械臂上；
所述多臂机械手用于装载机器人视觉装置，以及操作数显实验仪器；
所述机器人视觉装置用于识别数显实验仪器、数显实验仪器显示的测试数据以及机器人AGV行走平台的行驶路况；
所述机器人AGV行走平台用于装载多臂机械手并在实验室行驶；
该实验室测试的智慧辅助系统还包括机器人执行模块、视觉读取模块和控制管理平台；
所述机器人执行模块用于根据控制管理平台的控制参数协调控制多臂机械手、机器人视觉装置和/或机器人AGV行走平台的工作过程，并将从多臂机械手、机器人视觉装置和/或机器人AGV行走平台接收到的反馈数据传送给控制管理平台；
所述视觉读取模块用于通过机器人视觉装置读取及处理数显实验仪器的影像信息，并将处理后的影像信息传送给控制管理平台，以及检测多臂机械手与数显实验仪器的位置关系；
所述控制管理平台用于采集、处理、分析及存储所述视觉读取模块的影像信息，并通过机器人执行模块调整多臂机械手、机器人视觉装置和/或机器人AGV行走平台的运行参数。
进一步的，所述机器人执行模块包括全方位移动控制模块、多臂机械手控制模块和控制处理器；
所述全方位移动模块用于控制所述机器人AGV行走平台的行走移动过程；
所述多臂机械手控制模块用于控制多臂机械手的作业过程；
所述控制处理器用于处理全方位移动模块、多臂机械手控制模块、视觉感应模块的运行数据及控制过程。
进一步的，所述全方位移动控制模块包括信号控制子模块、导航视觉图像处理模块和地理标识导航识别模块；信号控制子模块用于接收机器人AGV行走平台的路径命令信息及反馈信息，并向机器人AGV行走平台实时发送执行命令信息从而控制机器人AGV行走平台的转向运动；
所述导航视觉图像处理模块用于读取与识别机器人AGV行走平台传送过来的移动路况视频，从而获得行走路况信息；地理标识导航识别模块用于读取与处理机器人AGV行走平台传送过来的地理标识信号，从而为机器人AGV行走平台的行走提供导航标识。
进一步的，所述多臂机械手控制模块包括驱动处理模块和存储模块；多臂机械手包括多轴伺服驱动器及若干伺服电机；多轴伺服驱动器分别与各个伺服电机进行连接；驱动处理模块用于计算驱动脉冲以及发送驱动信号给多轴伺服驱动器；存储模块用于存储机器人手臂的工作程序，并将该程序提供给驱动处理模块；多轴伺服驱动器用于驱动各个伺服电机动作；伺服电机用于驱动多臂机械手动作。
进一步的，所述视觉读取模块包括视觉信息采集模块、视觉信息处理模块、文字识别模块、模糊纠正识别模块和通信模块；
所述视觉信息采集模块用于采集机器人视觉装置的影像信息，并将影像信息分别发送给视觉信息处理模块；视觉信息处理模块用于处理、储存所述视觉信息采集模块收集到的影像信息并将影像信息进行文字识别并转换为文字码；
所述文字识别模块用于确定数显实验仪器显示的目标文字在视觉图像中的粗略位置及文字特征的整体分布信息，并对视觉图像中的文字区域进行萃取与识别；
所述模糊纠正识别模块用于确定文字特征在视觉图像中的精确位置；
所述通信模块用于将文字识别模块传输至控制管理平台。
本发明的有益效果为：
本发明是一套完整的实验室智能化控制系统和产品质量监控体系，利用机器人代替人工操作检验工作，保证检验分析数据的客观性与可重复性。它能全面优化检验管理，显著提高实验室的工作效率和生产力，提高质量控制水平。
本发明实现了仪器检测无人化；机器人可直接代替工作人员进行仪器检测工作；
本发明实现了远程实时数据监控以及参数设定；本发明的机器人视觉装置可以读取仪器表盘提取参数，同时把接收到的参数上传至控制管理平台中，控制管理平台通过荧屏实时显示各台检测仪器的数据。控制管理平台实时监控显示机器人AGV行走平台的移动位置及速度，并监控每台多臂机械手、机器人视觉装置和机器人AGV行走平台的运行状况(正常或故障)，并监控机器人AGV行走平台的剩余电量、车厢内温度以及故障代码。
本发明实现了实验室自动化、智能化、无人化，保障检测环节的闭环性、精确性以及可追溯性；检测成果信息化，实行标准化管理，切实抓好产品质量和进度；同时解放劳动力，使操作人员更加专注于科研攻关工作，扎实钻研。
本发明利用机器人代替人工操作检验工作，保证了检验分析数据的客观性与可重复性，能全面优化检验管理，显著提高实验室的工作效率和生产力，提高质量控制水平。
附图说明
图1为本发明的实验室测试的智慧辅助系统的结构示意图；
图2为本发明的机器人执行模块的结构示意图；
图3为本发明的多轴伺服驱动器的连接关系示意图；
图4为本发明的视觉读取模块的结构示意图；
图5为本发明的多臂机械手与机器人AGV行走平台的结构示意图；
附图标记说明：
多臂机械手1；机器人视觉装置2；机器人AGV行走平台3；机器人执行模块4；视觉读取模块5；控制管理平台6；数显实验仪器7；全方位移动控制模块41；多臂机械手控制模块42；控制处理器43；信号控制子模块411；导航视觉图像处理模块412；地理标识导航识别模块413；驱动处理模块421；存储模块422；多轴伺服驱动器11；若干伺服电机12；视觉信息采集模块51；视觉信息处理模块52；文字识别模块53；模糊纠正识别模块54和通信模块55。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案作进一步清楚、完整地描述。需要说明的是，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
实施例
如图1、图5所示，一种实验室测试的智慧辅助系统，应用于包括至少一台数显实验仪器7的实验室，该实验室测试的智慧辅助系统包括多臂机械手1、机器人视觉装置2和机器人AGV行走平台3；所述多臂机械手1安装于机器人AGV行走平台3上；机器人视觉装置2安装于多臂机械人的机械臂上；
所述多臂机械手1用于装载机器人视觉装置2，以及操作数显实验仪器7；
所述机器人视觉装置用于识别数显实验仪器7、数显实验仪器7显示的测试数据以及机器人AGV行走平台3的行驶路况；
具体地，所述机器人视觉装置包括摄像头和环形光源，摄像头和环形光源放置在多臂机械手1末端，由多臂机械手1带动摄像头进行摄像；首先多臂机械手1末端带动激光传感器对操作平面进行角度与距离的确认，然后对视野范围内的操作界面进行拍照，通过模板寻找目标物(旋钮、按钮)，然后提供坐标与形态参数给总控系统，总控系统指挥多臂机械手1进行操作；
具体的，多臂机械手1采用六轴协同机械臂外加升降旋转机构，构成一个十轴多臂机器人，这样可以增大机械臂的工作范围；在多臂机械手1上配有多个夹手，方便对各种旋钮、按钮等进行操作，夹手与机械臂之间是通过快换模块进行连接的，这样方便夹手进行更换；
所述机器人AGV行走平台3用于装载多臂机械手1并在实验室行驶；
具体的，机器人AGV行走平台3采用麦克纳姆轮，灵活性高，无最小转弯半径，在实验室狭小的地方都可以来去自如；
该实验室测试的智慧辅助系统还包括机器人执行模块4、视觉读取模块5和控制管理平台6；
所述机器人执行模块4用于根据控制管理平台6的控制参数协调控制多臂机械手1、机器人视觉装置2和/或机器人AGV行走平台3的工作过程，并将从多臂机械手1、机器人视觉装置2和/或机器人AGV行走平台3接收到的反馈数据传送给控制管理平台6；
所述视觉读取模块5用于通过机器人视觉装置2读取及处理数显实验仪器7的影像信息，并将处理后的影像信息传送给控制管理平台6，以及检测多臂机械手1与数显实验仪器7的位置关系；
所述控制管理平台6用于采集、处理、分析及存储所述视觉读取模块5的影像信息，并通过机器人执行模块4调整多臂机械手1、机器人视觉装置2和/或机器人AGV行走平台3的运行参数。
具体的，所述机器人执行模块4、视觉读取模块5与控制管理平台6的工作过程如下：
所述视觉读取模块5把摄像头的测试信息收集起来，传输给控制管理平台6，控制管理平台6根据采集回来的参数进行判断，然后通过机器人执行模块4指挥机器人做出相应的动作来完成实验，同时控制管理平台6也会综合机器人反馈回来的信息对整个流程进行调整，模块与模块之间的通讯采用以太网进行通讯，速度更快。
具体的，控制管理平台6通过配置可使不同的角色进行特定功能的操作，访问其被授权的内容。例如，检定员角色的典型功能有结果录入和同组审核。平台的角色设计向导，系统管理员可以快速创建多种角色，并把他们指派给不同的用户。同样地，组织和个人对内容的访问也可以受到限制。例如，漏率检测组只能浏览本组的数据，但是实验室主任可以访问各个组的数据。控制管理平台6的界面管理可以为不同的角色创建不同显示界面，这样既可根据每个人的工作职责和组织从属关系向他们传递适当的信息。
具体的，控制管理平台6不允许对关键信息进行修改，以确保数据的完整性，这些关键信息如：测试计划、指标、测试方法等。关键信息只能通过生成新版本进行修改。
具体的，控制管理平台6可以与数显实验仪器7及其他专用计量仪器进行进行数据传输，方便计量系统的数据参数提取。
具体的，控制管理平台6拥有专用网络接口，可以使专用局域网中的不同地理位置，多个实验室应用单一的数据库。通过授权，每个用户都可以访问个性化地数据。一些用户只能浏览本实验室数据，而管理层能访问各个地点的实验室。依靠这些功能，当实验室超负荷时，可以使样品在实验室之间进行传递。
具体的，控制管理平台6是采用自动电子记录保存的方式，测试结果、设备使用和所有操作一同存储在关系数据库中。控制管理平台6的严格控制功能还包括：严格的访问权限，文档和数据更改控制，审核跟踪规则以及口令的安全性。
具体的，控制管理平台6实时监控各检验仪器的状态，可设定安全值，发生异常情况，及时报警，工作人员开在控制管理平台6上直接操作机器人解决问题。控制管理平台6可以预存应急方案，如出现问题，机器人可自主解决异常情况。
具体的，控制管理平台6可以实现远程对单台移动机器人的程序维护，动作修好等功能。
具体的，控制管理平台6还通过通信网络或互联网与手机平台进行通信；当设置当仪器或系统出现故障时，控制管理平台6对指定的手机号码发送报警提示短信。对于安装承担单位提供的APP并连接上系统局域网的手机平台或者平板(安卓系统)。可在APP上查看检测仪器状态、系统状态、报警信息、每台移动机器人的速度和车厢温度等。在手机APP上设置控制按钮，可控制单台移动机器人的单独移动(前后左右、左右旋转等)。
具体的，控制管理平台6还记录装备系统关键参数的记录；控制管理平台6生成每台移动工业机器人的工作日志与错误日志。工作日志包括移动机器人开关机时间、急停时间，违规操作的系统时间等。错误日志每台移动工业机器人的每次发生故障时的故障时间，故障代码等。方便后续设备损坏时作为维护、责任纠纷做参考。日志只可查看不可更改。
具体的，控制管理平台6具有网络接口与功能模块接口，可针对不同实验室不同要求扩展功能。
具体的，控制管理平台6提出仪器检测参数，机器人执行模块4、视觉读取模块5根据所得参数判断如何执行下一步操作，实现仿人思维自主完成检测试验输出检测结果文件自动出检测报告并上传数据库备案。
如图1、图2、图3所示，所述机器人执行模块4包括全方位移动控制模块41、多臂机械手控制模块42和控制处理器43；
所述全方位移动模块用于控制所述机器人AGV行走平台3的行走移动过程；
所述多臂机械手控制模块42用于控制多臂机械手1的作业过程；
所述控制处理器43用于处理全方位移动模块、多臂机械手控制模块42、视觉感应模块的运行数据及控制过程；
所述全方位移动控制模块41包括信号控制子模块411、导航视觉图像处理模块412和地理标识导航识别模块413；信号控制子模块411用于接收机器人AGV行走平台3的路径命令信息及反馈信息，并向机器人AGV行走平台3实时发送执行命令信息从而控制机器人AGV行走平台3的转向运动；
所述导航视觉图像处理模块412用于读取与识别机器人AGV行走平台3传送过来的移动路况视频，从而获得行走路况信息；地理标识导航识别模块413用于读取与处理机器人AGV行走平台3传送过来的地理标识信号，从而为机器人AGV行走平台3的行走提供导航标识；
所述多臂机械手控制模块42包括驱动处理模块421和存储模块422；多臂机械手1包括多轴伺服驱动器11及若干伺服电机12；多轴伺服驱动器11分别与各个伺服电机12进行连接；驱动处理模块421用于计算驱动脉冲以及发送驱动信号给多轴伺服驱动器11；存储模块422用于存储机器人手臂的工作程序，并将该程序提供给驱动处理模块421；多轴伺服驱动器11用于驱动各个伺服电机12动作；伺服电机12用于驱动多臂机械手1动作。
具体地，机器人执行模块4的工作过程如下：
所述控制处理器43通过无线网络从控制管理平台6上收取指令，然后根据接受的指令分配任务，属于机械臂的指令就传给多臂机械手控制模块42，属于底盘移动的指令，就分给全方位移动控制模块41，全方位移动控制模块41与多臂机械手控制模块42是不互相连接的。
如图1、图4所示，视觉读取模块5包括视觉信息采集模块51、视觉信息处理模块52、文字识别模块53、模糊纠正识别模块54和通信模块55；
所述视觉信息采集模块51用于采集机器人视觉装置2的影像信息，并将影像信息分别发送给视觉信息处理模块52；视觉信息处理模块52用于处理、储存所述视觉信息采集模块51收集到的影像信息并将影像信息进行文字识别并转换为文字码；
所述文字识别模块53用于确定数显实验仪器7显示的目标文字在视觉图像中的粗略位置及文字特征的整体分布信息，并对视觉图像中的文字区域进行萃取与识别；
所述模糊纠正识别模块54用于确定文字特征在视觉图像中的精确位置；
所述通信模块55用于将文字识别模块53传输至控制管理平台6。
具体地，视觉读取模块5的工作过程如下：
所述视觉读取模块5通过视觉信息采集模块51来拍照，然后通过视觉信息处理模块52来识别信息是属于文字(数字)信息还是位置信息。如果是位置信息，直接读取坐标；如果为文字(数字)信息的，通过文字识别模块53换算出文字(数字)，模糊纠正识别模块54为辅助模块，应用在拍摄图片不清的情况下，通信模块55负责输出视觉读取模块5所读取的信息给控制管理平台6。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (5)
1.一种实验室测试的智慧辅助系统，应用于包括至少一台数显实验仪器(7)的实验室，其特征在于，该实验室测试的智慧辅助系统包括多臂机械手(1)、机器人视觉装置(2)和机器人AGV行走平台(3)；所述多臂机械手(1)安装于机器人AGV行走平台(3)上；机器人视觉装置(2)安装于多臂机械人的机械臂上；
所述多臂机械手(1)用于装载机器人视觉装置(2)，以及操作数显实验仪器(7)；
所述机器人视觉装置用于识别数显实验仪器(7)、数显实验仪器(7)显示的测试数据以及机器人AGV行走平台(3)的行驶路况；
所述机器人AGV行走平台(3)用于装载多臂机械手(1)并在实验室行驶；
该实验室测试的智慧辅助系统还包括机器人执行模块(4)、视觉读取模块(5)和控制管理平台(6)；
所述机器人执行模块(4)用于根据控制管理平台(6)的控制参数协调控制多臂机械手(1)、机器人视觉装置(2)和/或机器人AGV行走平台(3)的工作过程，并将从多臂机械手(1)、机器人视觉装置(2)和/或机器人AGV行走平台(3)接收到的反馈数据传送给控制管理平台(6)；
所述视觉读取模块(5)用于通过机器人视觉装置(2)读取及处理数显实验仪器(7)的影像信息，并将处理后的影像信息传送给控制管理平台(6)，以及检测多臂机械手(1)与数显实验仪器(7)的位置关系；
所述控制管理平台(6)用于采集、处理、分析及存储所述视觉读取模块(5)的影像信息，并通过机器人执行模块(4)调整多臂机械手(1)、机器人视觉装置(2)和/或机器人AGV行走平台(3)的运行参数。
2.根据权利要求1所述的实验室测试的智慧辅助系统，其特征在于，机器人执行模块(4)包括全方位移动控制模块(41)、多臂机械手控制模块(42)和控制处理器(43)；
所述全方位移动模块用于控制所述机器人AGV行走平台(3)的行走移动过程；
所述多臂机械手控制模块(42)用于控制多臂机械手(1)的作业过程；
所述控制处理器(43)用于处理全方位移动模块、多臂机械手控制模块(42)、视觉感应模块的运行数据及控制过程。
3.根据权利要求2所述的实验室测试的智慧辅助系统，其特征在于，全方位移动控制模块(41)包括信号控制子模块(411)、导航视觉图像处理模块(412)和地理标识导航识别模块(413)；信号控制子模块(411)用于接收机器人AGV行走平台(3)的路径命令信息及反馈信息，并向机器人AGV行走平台(3)实时发送执行命令信息从而控制机器人AGV行走平台(3)的转向运动；
所述导航视觉图像处理模块(412)用于读取与识别机器人AGV行走平台(3)传送过来的移动路况视频，从而获得行走路况信息；地理标识导航识别模块(413)用于读取与处理机器人AGV行走平台(3)传送过来的地理标识信号，从而为机器人AGV行走平台(3)的行走提供导航标识。
4.根据权利要求2所述的实验室测试的智慧辅助系统，其特征在于，多臂机械手控制模块(42)包括驱动处理模块(421)和存储模块(422)；多臂机械手(1)包括多轴伺服驱动器(11)及若干伺服电机(12)；多轴伺服驱动器(11)分别与各个伺服电机(12)进行连接；驱动处理模块(421)用于计算驱动脉冲以及发送驱动信号给多轴伺服驱动器(11)；存储模块(422)用于存储机器人手臂的工作程序，并将该程序提供给驱动处理模块(421)；多轴伺服驱动器(11)用于驱动各个伺服电机(12)动作；伺服电机(12)用于驱动多臂机械手(1)动作。
5.根据权利要求2所述的实验室测试的智慧辅助系统，其特征在于，视觉读取模块(5)包括视觉信息采集模块(51)、视觉信息处理模块(52)、文字识别模块(53)、模糊纠正识别模块(54)和通信模块(55)；
所述视觉信息采集模块(51)用于采集机器人视觉装置(2)的影像信息，并将影像信息分别发送给视觉信息处理模块(52)；视觉信息处理模块(52)用于处理、储存所述视觉信息采集模块(51)收集到的影像信息并将影像信息进行文字识别并转换为文字码；
所述文字识别模块(53)用于确定数显实验仪器(7)显示的目标文字在视觉图像中的粗略位置及文字特征的整体分布信息，并对视觉图像中的文字区域进行萃取与识别；
所述模糊纠正识别模块(54)用于确定文字特征在视觉图像中的精确位置；
所述通信模块(55)用于将文字识别模块(53)传输至控制管理平台(6)。
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2018
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