CN113063955A - 一种实验室物料自动分析系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种实验室物料自动分析系统，包括物料样品桶自动接收开盖输出单元、物料精确称量单元、坩埚台架单元、抓取码放机器人单元、物料分析单元和集中电控单元。本发明是智能数字化控制系统，通过各单元的协同作业可以实现对盖有桶盖的物料样品桶的自动接收并开盖输出、将已开盖的物料样品桶内的物料样品定量精确舀取至坩埚内进行精确称量、自动工业分析仪对物料样品进行不同类型的自动实验分析以及实验结果的自动存储输出等系列自动操作，能够在降低实验操作人员的人员设置及劳动强度的前提下实现提高对物料成分分析实验的实验效率以及实验数据的准确性，同时可以极大降低人为因素对实验过程的干扰，特别适用于实验室物料成分分析。

Description

一种实验室物料自动分析系统

技术领域

本发明涉及一种实验室物料自动分析系统，具体是一种适用于对破碎后的煤样样品、矿石样品等物料进行自动成分分析的自动分析系统，属于物料成分分析技术领域。

背景技术

物料成分分析是用分析化学方法或分析仪器测量物料化学组成的测试技术。以矿石成分分析为例，矿石和选矿产品中的成分是指包含于这些物料中的有用的、暂时无用或不回收的和有害的元素或化合物以及它们的含量，矿石成分分析结果是评价选矿试验、选矿厂生产技术水平、选矿技术经济指标等的最基本的数据，也是调节和控制生产过程的最基本的参数。用化学法或光谱、质谱、色谱等仪器分析它们中的元素或化合物时，必须先将物料样品磨细，再经熔融、溶解甚至离子化等过程，方能进行定性和定量分析，分析过程漫长、难以实现在线检测，因此物料成分分析通常是在实验室完成。

物料样品送至实验室后，需要经过物料信息识别、混匀、样瓶开盖、微量称取并装入对应器皿、将称取样品及器皿逐一放入对应仪器等一系列处理程序才能满足化验要求，而目前实验室的这些工作通常由实验操作人员手工完成，不仅工作繁琐、强度大，而且存在疲劳、情绪等人为因素，极易造成出现偏差的情况而影响物料化验结果。

近年来随着机器人技术的快速发展及其应用领域的拓展，实验室物料分析机器人自动化模式也随之产生，然而对于工业机器人的应用，目前多是定位安装、只能在一定的工作半径区域内完成工作，但实验室分析仪器较多，且不同实验室仪器通常布置在不同的房间，布局差别大，不同仪器工位就需要多台机器人协同工作，而对于机器人使用的频次不高的场所，多台机器人的使用造成整体成本的增加，甚至在特殊场地下无法安装多台机器人。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种实验室物料自动分析系统，能够在降低实验操作人员劳动强度的前提下实现提高物料成分分析实验的准确性、同时降低整体成本，可以极大降低人为因素对物料成分分析实验过程的干扰，特别适用于实验室物料成分分析。

为了实现上述目的，本实验室物料自动分析系统包括物料样品桶自动接收开盖输出单元、物料精确称量单元、坩埚台架单元、抓取码放机器人单元、物料分析单元和集中电控单元；

所述的物料样品桶自动接收开盖输出单元用于对盖有桶盖的物料样品桶进行自动接收并开盖、然后将开盖后的物料样品桶定位输出，物料样品桶自动接收开盖输出单元包括物料样品桶开盖输出电控装置，物料样品桶开盖输出电控装置包括物料样品桶开盖输出控制器、样品桶输送控制回路、样品桶夹持旋盖控制回路和桶盖输出控制回路；

所述的物料精确称量单元设置在物料样品桶自动接收开盖输出单元附近，用于将已开盖的物料样品桶内的物料样品定量精确舀取至坩埚内进行精确称量，物料精确称量单元包括样勺、电子称重装置和物料精确称量电控装置，电子称重装置包括高精度称重模块；物料精确称量电控装置包括物料精确称量控制器、电子称重控制回路、样勺夹持控制回路；

所述的坩埚台架单元设置在物料精确称量单元附近，用于供应不同实验项目的坩埚，坩埚台架单元包括坩埚和坩埚台架电控装置，坩埚台架电控装置包括坩埚台架控制器和坩埚供给控制回路；

所述的抓取码放机器人单元用于对开盖后的物料样品桶、刮料板、坩埚、样勺进行抓取和码放，包括行走底盘、操作平台、抓取码放机械臂、抓取码放机械手和抓取码放电控装置；

行走底盘安装在操作平台的底部，包括车轮和与车轮传动连接的车轮驱动机构；

操作平台上固定设有器皿转运盘；

定位安装在操作平台上的抓取码放机械臂至少包括控制沿水平左右方向移动的X坐标驱动总成、控制沿水平前后方向移动的Y坐标驱动总成和控制沿竖直上下方向移动的Z坐标驱动总成；

抓取码放机械手通过可绕X坐标轴旋转的A坐标驱动总成和/或可绕Y坐标轴旋转的B坐标驱动总成安装在抓取码放机械臂的末节端部，抓取码放机械手上至少设有两个开合设置的夹持加长指，夹持加长指铰接安装在抓取码放机械手上、且夹持加长指与夹持加长指开合控制机构传动连接，夹持加长指的夹持面包括物料样品桶夹持面、坩埚夹持面、刮料板夹持面和样勺夹持面；

抓取码放电控装置包括抓取码放控制器、抓取码放机械手坐标移动控制回路和抓取码放控制回路，抓取码放控制器分别与行走底盘的车轮驱动机构、抓取码放机械臂的坐标驱动总成、抓取码放机械手的坐标驱动总成和抓取码放机械手的夹持加长指开合控制机构电连接；

所述的物料分析单元用于对物料样品进行不同类型的实验分析，包括自动工业分析仪、坩埚回收箱和物料分析电控装置；坩埚回收箱设置在自动工业分析仪附近；物料分析电控装置包括物料分析控制器和自动工业分析控制回路，物料分析控制器与自动工业分析仪电连接；

所述的集中电控单元包括中央控制器、物料样品桶开盖输出控制回路、物料精确称量控制回路、坩埚供给控制回路、抓取码放控制回路、物料分析控制回路和数据存储输出控制回路，中央控制器分别与物料样品桶自动接收开盖输出单元的物料样品桶开盖输出控制器、物料精确称量单元的物料精确称量控制器、坩埚台架单元的坩埚台架控制器、抓取码放机器人单元的抓取码放控制器、物料分析单元的物料分析控制器电连接。

作为本发明物料样品桶自动接收开盖输出单元的一种实施方式，物料样品桶自动接收开盖输出单元包括样品桶自动接收装置、样品桶平移输送装置、样品桶夹持旋盖装置和桶盖输出装置；

样品桶自动接收装置的输出端与样品桶平移输送装置的输入端对接连接，样品桶自动接收装置包括竖直设置在样品桶自动接收装置的输出端位置的样品桶接收导向管和顶升式样品桶接收机构，样品桶接收导向管与气动样品桶输送系统管道连通连接，顶升式样品桶接收机构包括顶升缸和升降托板，水平设置的升降托板对应样品桶接收导向管的管口设置，顶升缸的缸体端固定安装在机架Ⅰ上、伸缩端与升降托板固定连接；

样品桶平移输送装置包括水平安装在机架Ⅰ上的平移输送机构和与平移输送机构传动连接的平移输送驱动部件，平移输送机构包括直线输送模组、安装在直线输送模组上的平移基座和固定安装在平移基座上的拨齿，拨齿垂直于直线输送方向伸出设置，机架Ⅰ上对应平移输送机构的输送方向上设有样品桶夹持旋盖工位，机架Ⅰ上对应平移输送机构的输出端位置设有样品桶输出抓取工位；

样品桶夹持旋盖装置对应样品桶夹持旋盖工位设置，包括夹桶机构和旋盖机构；夹桶机构包括伸缩方向垂直于平移输送机构输送方向设置的夹持伸缩缸，夹持伸缩缸的缸体端固定安装在机架Ⅰ上、伸缩端设有与物料样品桶的桶体尺寸配合的夹持卡头；旋盖机构包括固定安装在机架Ⅰ上的旋盖支撑架和安装在旋盖支撑架上的旋盖机械手，旋盖机械手对应夹持卡头合毕夹持状态时的夹持中心设置、且旋盖机械手至少通过可沿竖直上下方向移动的Z坐标驱动总成和可绕Z坐标轴旋转的C坐标驱动总成安装在旋盖支撑架上，旋盖机械手上设有多个沿周向方向均布设置的夹持卡爪、且夹持卡爪通过沿旋盖机械手径向方向伸缩设置的卡爪伸缩控制部件安装在旋盖机械手上；

桶盖输出装置设置在样品桶夹持旋盖装置附近，包括桶盖输送伸缩缸、桶盖转运托盘和桶盖输出通道；桶盖输送伸缩缸的缸体端固定安装在机架Ⅰ上、且桶盖输送伸缩缸的伸缩方向对应旋盖机械手的径向方向设置；水平设置的桶盖转运托盘固定安装在桶盖输送伸缩缸的伸缩端上；倾斜设置的桶盖输出通道固定安装在机架Ⅰ上、且桶盖输出通道的顶端输入口承接对应桶盖转运托盘的位置设置；

物料样品桶开盖输出控制器分别与样品桶自动接收装置、平移输送驱动部件、夹持伸缩缸、旋盖机械手的Z坐标驱动总成、旋盖机械手的C坐标驱动总成、旋盖机械手的卡爪伸缩控制部件和桶盖输送伸缩缸电连接。

作为本发明的进一步改进方案，物料样品桶的外表面上固定设置编码芯片，夹桶机构还包括定位设置在夹持伸缩缸上方或下方的样品桶读码器，样品桶读码器与物料样品桶开盖输出控制器电连接。

作为本发明的进一步改进方案，旋盖机械手上还可设有可反馈旋盖机械手与物料样品桶之间距离的距离传感器，距离传感器与物料样品桶开盖输出控制器电连接。

作为本发明物料精确称量单元的一种实施方式，物料精确称量单元包括样品桶缓存装置、样勺存放装置和取样刮料装置；

样品桶缓存装置包括水平设置的、轴向定位安装在机架Ⅱ上的样品桶缓存托盘，多个样品桶缓存工位周向均布设置在样品桶缓存托盘的顶表面上，正对外部的样品桶缓存工位是样品桶码放舀取工位，样品桶缓存托盘与样品桶托盘定位旋转驱动部件传动连接；

电子称重装置设置在样品桶缓存装置的上方，高精度称重模块定位架设安装在机架Ⅱ上；

样勺存放装置设置在电子称重装置附近，包括定位安装在机架Ⅱ上的样勺存放架和安装在样勺存放架上的多组样勺定位夹持组件，每组样勺定位夹持组件均包括样勺托板和样勺定位夹持机构，样勺定位夹持机构包括样勺定位夹持板和样勺夹持板开合控制部件，不同容量规格的样勺分别通过样勺定位夹持板定位夹持在不同样勺定位夹持组件的样勺托板上；

取样刮料装置对应样品桶码放舀取工位的正上方定位安装在机架Ⅱ上，包括刮料板定位夹持机构，刮料板定位夹持机构包括刮料板定位夹持块和刮料板夹持板开合控制部件；

物料精确称量电控装置还包括样品桶缓存控制回路和刮料板夹持控制回路，物料精确称量控制器分别与样品桶缓存装置的缓存托盘定位旋转驱动部件、电子称重装置的高精度称重模块、样勺存放装置的样勺定位夹持机构、取样刮料装置的刮料板夹持板开合控制部件电连接。

作为本发明的进一步改进方案，物料精确称量单元还包括对应取样刮料装置设置在样品桶码放舀取工位上方的样勺敲击装置，样勺敲击装置包括定位固定安装在机架Ⅱ上的旋转敲击驱动机构和安装在旋转敲击驱动机构动力输出端上的敲击棒；物料精确称量电控装置还包括样勺敲击控制回路，旋转敲击驱动机构与物料精确称量控制器电连接。

作为本发明坩埚台架单元的一种实施方式，坩埚台架单元包括坩埚缓存装置和刮料板存放装置；

坩埚缓存装置是包括多个水平托载面的层状结构，层状结构的坩埚缓存装置包括多个轴向定位、且同轴设置安装在机架Ⅲ上的坩埚缓存托盘，每个坩埚缓存托盘的顶平面上均周向均布设有多个坩埚缓存工位，坩埚位于坩埚缓存工位内，正对外部的坩埚缓存工位是坩埚抓取工位，坩埚缓存托盘与坩埚托盘定位旋转驱动部件传动连接；

刮料板存放装置设置在坩埚缓存装置附近，包括定位安装在机架Ⅲ上的刮料板存放架和安装在刮料板存放架上的多组刮料板定位夹持组件，每组刮料板定位夹持组件均包括刮料板托架和刮料板夹持定位机构，刮料板夹持定位机构包括刮料板定位夹持指和刮料板夹持指开合控制部件，多个刮料板分别夹持定位在不同刮料板定位夹持组件的刮料板托架上；

坩埚台架电控装置还包括刮料板供给控制回路，坩埚台架控制器分别与坩埚缓存装置的坩埚托盘定位旋转驱动部件和刮料板存放装置的刮料板夹持指开合控制部件电连接。

作为本发明的进一步改进方案，实验室物料自动分析系统还包括设置在物料精确称量单元或坩埚台架单元附近的自动清洁单元，自动清洁单元包括清洁腔体和自动清洁电控装置，自动清洁电控装置包括自动清洁控制器；集中电控单元还包括自动清洁回路，中央控制器与自动清洁控制器电连接。

作为本发明的进一步改进方案，抓取码放机械手上还设有模式识别机构，模式识别机构包括模式识别传感器和辅助光源，抓取码放电控装置还包括模式识别控制回路，抓取码放控制器与模式识别机构电连接。

作为本发明的进一步改进方案，抓取码放机械臂或抓取码放机械手上还设有可绕Z坐标轴旋转的C坐标驱动总成，物料样品桶自动接收开盖输出单元、物料精确称量单元和坩埚台架单元空间呈品字形布置结构。

与现有技术相比，本实验室物料自动分析系统是智能数字化控制系统，通过物料样品桶自动接收开盖输出单元、物料精确称量单元、坩埚台架单元、抓取码放机器人单元和物料分析单元的协同作业可以实现对盖有桶盖的物料样品桶的自动开盖和输出、将已开盖的物料样品桶内的物料样品定量精确舀取至坩埚内进行精确称量、自动工业分析仪对物料样品进行不同类型的自动实验分析以及实验结果的自动存储输出等系列自动操作，可以与数字总线无缝连接实现集中数字化管理，能够在降低实验操作人员的人员设置及劳动强度的前提下实现提高对物料成分分析实验的实验效率以及实验数据的准确性，同时可以极大降低人为因素对实验过程的干扰，特别适用于实验室物料成分分析。

附图说明

图1是本发明的三维结构示意图；

图2是本发明的俯视布置示意图；

图3是本发明物料样品桶自动接收开盖输出单元的内部三维结构示意图；

图4是本发明物料样品桶自动接收开盖输出单元的内部俯视布置示意图；

图5是本发明物料样品桶自动接收开盖输出单元平移输送机构的三维结构示意图；

图6是本发明物料样品桶自动接收开盖输出单元夹桶机构的三维结构示意图；

图7是本发明物料样品桶自动接收开盖输出单元旋盖机构的三维结构示意图；

图8是本发明物料样品桶自动接收开盖输出单元顶升式样品桶接收机构的三维结构示意图；

图9是本发明物料样品桶自动接收开盖输出单元桶盖输出装置的三维结构示意图；

图10是本发明物料精确称量单元的三维结构示意图；

图11是本发明物料精确称量单元样勺存放装置的三维结构示意图；

图12是本发明物料精确称量单元取样刮料装置的三维结构示意图；

图13是本发明物料精确称量单元样勺敲击装置的三维结构示意图；

图14是本发明坩埚台架单元的三维结构示意图；

图15是本发明坩埚台架单元坩埚缓存装置的三维结构示意图；

图16是本发明坩埚台架单元坩刮料板存放装置的三维结构示意图；

图17是本发明抓取码放机器人单元抓取码放机械臂和抓取码放机械手的三维结构示意图；

图18是本发明抓取码放机器人单元行走底盘和操作平台的三维结构示意图。

图中：1、物料样品桶自动接收开盖输出单元，11、样品桶自动接收装置，111、样品桶接收导向管，112、顶升式样品桶接收机构，1121、顶升缸，1122、升降托板，12、样品桶平移输送装置，121、平移输送机构，1211、直线输送模组，1212、平移基座，1213、拨齿，122、平移输送驱动部件，13、样品桶夹持旋盖装置，131、夹桶机构，1311、夹持伸缩缸，1312、样品桶读码器，132、旋盖机构，1321、旋盖支撑架，1322、旋盖机械手，14、桶盖输出装置，141、桶盖输送伸缩缸，142、桶盖转运托盘，143、桶盖输出通道，15、物料样品桶，2、物料精确称量单元，21、样品桶缓存装置，211、样品桶缓存托盘，22、电子称重装置，23、样勺存放装置，231、样勺存放架，232、样勺托板，233、样勺定位夹持机构，24、取样刮料装置，241、刮料板定位夹持机构，242、刮料板定位夹持块，25、样勺敲击装置，251、旋转敲击驱动机构，252、敲击棒，26、样勺，3、坩埚台架单元，31、坩埚缓存装置，311、坩埚缓存托盘，32、刮料板存放装置，321、刮料板存放架，322、刮料板托架，323、刮料板夹持定位机构，33、坩埚，34、刮料板，4、抓取码放机器人单元，41、行走底盘，42、操作平台，421、器皿转运盘，43、抓取码放机械臂，44、抓取码放机械手，441、夹持加长指，442、模式识别机构，5、物料分析单元，51、自动工业分析仪，52、坩埚回收箱，6、集中电控单元。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

如图1、图2所示，本实验室物料自动分析系统包括物料样品桶自动接收开盖输出单元1、物料精确称量单元2、坩埚台架单元3、抓取码放机器人单元4、物料分析单元5和集中电控单元6。

所述的物料样品桶自动接收开盖输出单元1用于对盖有桶盖的物料样品桶15进行自动接收并开盖、然后将开盖后的物料样品桶15定位输出，如图3所示，物料样品桶自动接收开盖输出单元1包括安装在机架Ⅰ上的样品桶自动接收装置11、样品桶平移输送装置12、样品桶夹持旋盖装置13、桶盖输出装置14和物料样品桶开盖输出电控装置；

样品桶自动接收装置11的输出端与样品桶平移输送装置12的输入端对接连接，样品桶自动接收装置11可以采用沿竖直方向气动输入物料样品桶15的方式，即如图3所示，样品桶自动接收装置11包括竖直设置在样品桶自动接收装置11的输出端位置的样品桶接收导向管111和顶升式样品桶接收机构112，样品桶接收导向管111与气动样品桶输送系统管道连通连接，如图8所示，顶升式样品桶接收机构112包括顶升缸1121和升降托板1122，水平设置的升降托板1122对应样品桶接收导向管111的管口设置，顶升缸1121的缸体端固定安装在机架Ⅰ上、伸缩端与升降托板1122固定连接，顶升缸1121可以采用液压缸结构、也可以采用气缸结构、或者采用电动缸结构，通过控制顶升缸1121的升降动作可以实现承接自样品桶接收导向管111输出的物料样品桶15；样品桶自动接收装置11也可以采用通过输送带输入物料样品桶15的方式、或者采用通过辊道输入物料样品桶15的方式等其他沿水平方向输入物料样品桶15的方式；

样品桶平移输送装置12包括水平安装在机架Ⅰ上的平移输送机构121和与平移输送机构121传动连接的平移输送驱动部件122；平移输送机构121可以采用直线平移输送轨迹、也可以采用曲线平移输送轨迹，由于前者结构更简单、因此平移输送机构121优选采用直线平移输送轨迹，平移输送机构121采用直线平移输送轨迹时，平移输送机构121可以是滚珠螺杆与直线导轨组合的结构、也可以是传动同步链带与直线导轨组合的结构，平移输送机构121采用传动同步链带与直线导轨组合的结构时，平移输送机构121可以是通过整个链带或输送带输送物料样品桶15的带式输送结构、也可以是通过传动链带动拨齿或推板输送物料样品桶15的传动链推送式输送结构，由于后者机构设置更简单、且占用空间较小，因此优选通过传动链带动拨齿或推板输送物料样品桶15的传动链推送式输送结构，即如图5所示，平移输送机构121包括直线输送模组1211、安装在直线输送模组1211上的平移基座1212和固定安装在平移基座1212上的拨齿1213，直线输送模组1211可以是直线导向槽结构、也可以是整体呈环形结构的闭环同步带输送结构或闭环链条输送结构或闭环钢丝绳输送结构，拨齿1213垂直于直线输送方向伸出设置，通过控制平移输送驱动部件122的动作可以实现拨齿1213沿输送方向前后移动，机架Ⅰ上对应平移输送机构121的输送方向上设有样品桶夹持旋盖工位，机架Ⅰ上对应平移输送机构121的输出端位置设有样品桶输出抓取工位；平移输送驱动部件122可以是电动机结构或液压马达结构等旋转驱动结构、也可以是伸缩缸等直线往复驱动结构；为了节省空间，如图4所示，样品桶平移输送装置12可以由垂直对接连接的样品桶平移输入段和样品桶平移输出段两部分构成，样品桶平移输入段和样品桶平移输出段均包括平移输送机构121和平移输送驱动部件122；

样品桶夹持旋盖装置13对应样品桶夹持旋盖工位设置，包括夹桶机构131和旋盖机构132；如图6所示，夹桶机构131包括伸缩方向垂直于平移输送机构121输送方向设置的夹持伸缩缸1311，夹持伸缩缸1311的缸体端固定安装在机架Ⅰ上、伸缩端设有与物料样品桶15的桶体尺寸配合的夹持卡头，夹持伸缩缸1311可以单边设置为一件、也可以双边对置设置为两件，通过控制夹持伸缩缸1311的伸缩动作可以实现夹持卡头的合毕夹持状态或分离放行状态，为了便于准确区分不同的物料样品桶15，可以在物料样品桶15的外表面上固定设置编码芯片，为了便于配套桶盖和物料样品桶15、避免实验后因盖错桶盖而影响下一次实验的数据准确性，可以在配套的桶盖和物料样品桶15的外表面上均固定设置配套的编码芯片，夹桶机构131还包括定位设置在夹持伸缩缸1311上方或下方的样品桶读码器1312；如图7所示，旋盖机构132包括固定安装在机架Ⅰ上的旋盖支撑架1321和安装在旋盖支撑架1321上的旋盖机械手1322，旋盖机械手1322对应夹持卡头合毕夹持状态时的夹持中心设置、且旋盖机械手1322至少通过可沿竖直上下方向移动的Z坐标驱动总成和可绕Z坐标轴旋转的C坐标驱动总成安装在旋盖支撑架1321上，旋盖机械手1322上设有多个沿周向方向均布设置的夹持卡爪、且夹持卡爪通过沿旋盖机械手1322径向方向伸缩设置的卡爪伸缩控制部件安装在旋盖机械手1322上，卡爪伸缩控制部件可以是直线运动的伸缩缸、也可以是旋转运动的驱动电机，通过控制卡爪伸缩控制部件的动作可以实现多个夹持卡爪同步缩入的夹持状态或同步伸出的非夹持状态；

桶盖输出装置14如图2所示设置在样品桶夹持旋盖装置13附近，包括桶盖输送伸缩缸141、桶盖转运托盘142和桶盖输出通道143；如图9所示，桶盖输送伸缩缸141的缸体端固定安装在机架Ⅰ上、且桶盖输送伸缩缸141的伸缩方向对应旋盖机械手1322的径向方向设置；水平设置的桶盖转运托盘142固定安装在桶盖输送伸缩缸141的伸缩端上；倾斜设置的桶盖输出通道143固定安装在机架Ⅰ上、且桶盖输出通道143的顶端输入口承接对应桶盖转运托盘142的位置设置；通过控制桶盖输送伸缩缸141完全伸出可以实现桶盖转运托盘142伸出至旋盖机械手1322的正下方进行桶盖承接，通过控制桶盖输送伸缩缸141完全缩入可以实现桶盖转运托盘142对桶盖进行平移输送、并使桶盖通过惯性滑入至桶盖输出通道143的顶端输入口；

物料样品桶开盖输出电控装置包括物料样品桶开盖输出控制器、样品桶输送控制回路、样品桶夹持旋盖控制回路和桶盖输出控制回路，物料样品桶开盖输出控制器分别与样品桶自动接收装置11、平移输送驱动部件122、夹持伸缩缸1311、样品桶读码器1312、旋盖机械手1322的Z坐标驱动总成、旋盖机械手1322的C坐标驱动总成、旋盖机械手1322的卡爪伸缩控制部件和桶盖输送伸缩缸141电连接。

所述的物料精确称量单元2设置在物料样品桶自动接收开盖输出单元1附近，用于将已开盖的物料样品桶15内的物料样品定量精确舀取至坩埚33内进行精确称量(为了保证舀取样勺的定量精确舀取，可以设置能够沿舀取样勺勺头部分的外表面刮平舀取样勺勺头部分的刮料装置，刮料装置可通过刮料板进行刮平操作，刮料板可以设置在物料精确称量单元2内、或坩埚台架单元3内、或额外单独空间设置，以下以刮料板设置在坩埚台架单元3内为例进行描述)，如图10所示，物料精确称量单元2包括安装在机架Ⅱ上的样品桶缓存装置21、电子称重装置22、样勺存放装置23、取样刮料装置24和物料精确称量电控装置；

样品桶缓存装置21包括多个用于定位已开盖的物料样品桶15的样品桶缓存工位，样品桶缓存装置21可以直接是定位安装在机架Ⅱ上的平台结构、也可以是定位旋转安装在机架Ⅱ上的盘式结构，由于盘式结构在较小的空间内相对于平台结构可以缓存更多的物料样品桶15，且通过旋转盘式结构可以实现定点操作、便于物料的精确舀取和称量，因此优选盘式结构，即，样品桶缓存装置21包括水平设置的、轴向定位安装在机架Ⅱ上的样品桶缓存托盘211，多个样品桶缓存工位周向均布设置在样品桶缓存托盘211的顶表面上，正对外部的样品桶缓存工位是样品桶码放舀取工位，样品桶缓存托盘211与样品桶托盘定位旋转驱动部件传动连接，样品桶托盘定位旋转驱动部件可以是电动机结构、也可以是液压马达结构等其他旋转驱动结构，样品桶缓存托盘211周向定位旋转的方式可以采用编码器控制旋转角度的控制方式、也可以采用安装在机架Ⅱ上的位置传感器定位反馈的控制方式；

电子称重装置22设置在样品桶缓存装置21的上方，包括通过阻尼减震垫定位架设安装在机架Ⅱ上的高精度称重模块；

样勺存放装置23设置在电子称重装置22附近，如图11所示，包括定位安装在机架Ⅱ上的样勺存放架231和安装在样勺存放架231上的多组样勺定位夹持组件，每组样勺定位夹持组件均包括样勺托板232和样勺定位夹持机构233，样勺定位夹持机构233包括样勺定位夹持板和样勺夹持板开合控制部件，样勺夹持板开合控制部件可以是电磁控制结构、也可以是气动控制结构，通过控制样勺夹持板开合控制部件的动作可以实现样勺定位夹持板合毕的夹持状态或分离的非夹持状态，不同容量规格的样勺26分别通过样勺定位夹持板定位夹持在不同样勺定位夹持组件的样勺托板232上；

取样刮料装置24对应样品桶码放舀取工位的正上方定位安装在机架Ⅱ上，如图12所示，包括刮料板定位夹持机构241，刮料板定位夹持机构241包括刮料板定位夹持块242和刮料板夹持板开合控制部件，刮料板夹持板开合控制部件可以是电磁控制结构、也可以是气动控制结构，通过控制刮料板夹持板开合控制部件的动作可以实现刮料板定位夹持块242合毕的夹持状态或分离的非夹持状态，刮料板34可夹持定位在刮料板定位夹持机构241上；

物料精确称量电控装置包括物料精确称量控制器、样品桶缓存控制回路、电子称重控制回路、样勺夹持控制回路和刮料板夹持控制回路，物料精确称量控制器分别与样品桶缓存装置21的缓存托盘定位旋转驱动部件、电子称重装置22的高精度称重模块、样勺存放装置23的样勺定位夹持机构233、取样刮料装置24的刮料板夹持板开合控制部件电连接。

所述的坩埚台架单元3设置在物料精确称量单元2附近，用于供应不同实验项目的坩埚33和针对不同物料样品的刮料板34，如图14所示，坩埚台架单元3包括安装在机架Ⅲ上的坩埚缓存装置31、刮料板存放装置32和坩埚台架电控装置；

坩埚缓存装置31是包括多个水平托载面的层状结构，每个水平托载面上设有多个用于定位坩埚33的坩埚缓存工位，水平托载面可以直接是定位安装在机架Ⅲ上的平台结构、也可以是定位旋转安装在机架Ⅲ上的盘式结构，由于盘式结构在较小的空间内相对于平台结构可以缓存更多的坩埚33，且通过旋转盘式结构可以实现定点操作，因此优选盘式结构，即如图15所示，层状结构的坩埚缓存装置31包括多个轴向定位、且同轴设置安装在机架Ⅲ上的坩埚缓存托盘311，多个坩埚缓存托盘311可以根据实验项目分为水分坩埚托盘、工分坩埚托盘、硫分坩埚托盘、热值坩埚托盘等，每个坩埚缓存托盘311的顶平面上均周向均布设有多个坩埚缓存工位，坩埚33位于坩埚缓存工位内，正对外部的坩埚缓存工位是坩埚抓取工位，坩埚缓存托盘311与坩埚托盘定位旋转驱动部件传动连接，坩埚托盘定位旋转驱动部件可以是电动机结构、也可以是液压马达结构等其他旋转驱动结构，坩埚缓存托盘311周向定位旋转的方式可以采用编码器控制旋转角度的控制方式、也可以采用安装在机架Ⅲ上的位置传感器定位反馈的控制方式；

刮料板存放装置32设置在坩埚缓存装置31附近，如图16所示，包括定位安装在机架Ⅲ上的刮料板存放架321和安装在刮料板存放架321上的多组刮料板定位夹持组件，每组刮料板定位夹持组件均包括刮料板托架322和刮料板夹持定位机构323，刮料板夹持定位机构323包括刮料板定位夹持指和刮料板夹持指开合控制部件，刮料板夹持指开合控制部件可以是电磁控制结构、也可以是气动控制结构，通过控制刮料板夹持指开合控制部件的动作可以实现刮料板定位夹持指合毕的夹持状态或分离的非夹持状态，多个刮料板34分别夹持定位在不同刮料板定位夹持组件的刮料板托架322上；

坩埚台架电控装置包括坩埚台架控制器、坩埚供给控制回路和刮料板供给控制回路，坩埚台架控制器分别与坩埚缓存装置31的坩埚托盘定位旋转驱动部件和刮料板存放装置32的刮料板夹持指开合控制部件电连接。

所述的抓取码放机器人单元4用于对开盖后的物料样品桶15、刮料板34、坩埚33、样勺26进行抓取和码放，包括行走底盘41、操作平台42、抓取码放机械臂43、抓取码放机械手44和抓取码放电控装置；

如图18所示，行走底盘41安装在操作平台42的底部，包括车轮和与车轮传动连接的车轮驱动机构，车轮驱动机构可以是电动机驱动的电控驱动结构、也可以是液压马达驱动的液压驱动结构等驱动结构，通过控制车轮驱动机构可以实现行走底盘41的坐标移动；为了简化机构设置，行走底盘41可以是不设置转向机构的直线往复移动模式，为进一步实现准确坐标移动，行走底盘41可以是通过直线导轨坐标移动的RGV结构、也可以是基于激光导航或视觉导航或磁条导航坐标移动的AGV结构；

操作平台42上固定设有器皿转运盘421；

如图17所示，定位安装在操作平台42上的抓取码放机械臂43至少包括控制沿水平左右方向移动的X坐标驱动总成、控制沿水平前后方向移动的Y坐标驱动总成和控制沿竖直上下方向移动的Z坐标驱动总成，抓取码放机械臂43可以采用如图1所示的关节机械臂结构、也可以采用门式桁架机械臂结构等其他机械臂结构；

抓取码放机械手44通过可绕X坐标轴旋转的A坐标驱动总成和/或可绕Y坐标轴旋转的B坐标驱动总成安装在抓取码放机械臂43的末节端部，抓取码放机械手44上至少设有两个可开合设置的夹持加长指441，夹持加长指441铰接安装在抓取码放机械手44上、且夹持加长指441与夹持加长指开合控制机构传动连接，夹持加长指开合控制机构可以是通过液压缸控制的液压控制结构、也可以是通过气缸控制的气动控制结构、或者是通过电动缸控制的电控结构等其他开合控制结构，夹持加长指441的夹持面包括物料样品桶夹持面、坩埚夹持面、刮料板夹持面和样勺夹持面，为减少机构设置，物料样品桶夹持面和坩埚夹持面可共用同一夹持面、刮料板夹持面和样勺夹持面可共用同一夹持面，为便于夹持尺寸相对较小的刮料板34和样勺26，刮料板夹持面和样勺夹持面可设置在夹持加长指441的端部；

抓取码放电控装置包括抓取码放控制器、抓取码放机械手坐标移动控制回路和抓取码放控制回路，抓取码放控制器分别与行走底盘41的车轮驱动机构、抓取码放机械臂43的坐标驱动总成、抓取码放机械手44的坐标驱动总成和抓取码放机械手44的夹持加长指开合控制机构电连接。

所述的物料分析单元5用于对物料样品进行不同类型的实验分析，包括自动工业分析仪51、坩埚回收箱52和物料分析电控装置；

自动工业分析仪51可根据实验项目设置为多个，以煤矿物料分析为例，自动工业分析仪51可以包括自动测硫仪、自动水分仪、自动灰分工业分析仪和自动挥发分工业分析仪；

坩埚回收箱52设置在自动工业分析仪51附近，用于回收完成实验后的坩埚33；

物料分析电控装置包括物料分析控制器和自动工业分析控制回路，物料分析控制器与自动工业分析仪51电连接。

所述的集中电控单元6包括中央控制器、物料样品桶开盖输出控制回路、物料精确称量控制回路、坩埚供给控制回路、抓取码放控制回路、物料分析控制回路和数据存储输出控制回路，中央控制器分别与物料样品桶自动接收开盖输出单元1的物料样品桶开盖输出控制器、物料精确称量单元2的物料精确称量控制器、坩埚台架单元3的坩埚台架控制器、抓取码放机器人单元4的抓取码放控制器、物料分析单元5的物料分析控制器电连接。

使用本实验室物料自动分析系统对物料进行成分分析实验，操作人员将包括物料种类、物料重量、实验分析项目等信息的物料分析指令输入中央控制器，即可进行成分分析实验：

中央控制器向上游的样品桶供给系统发出设定的物料种类的物料样品桶15逐个输入的指令，同时中央控制器控制物料样品桶开盖输出控制器使样品桶自动接收装置11启动承接物料样品桶15，以样品桶自动接收装置11采用沿竖直方向气动输入物料样品桶15的方式为例，物料样品桶开盖输出控制器控制顶升式样品桶接收机构112使升降托板1122升起至样品桶接收导向管111的管口位置，当盖装有设定物料的第一件物料样品桶15自样品桶接收导向管111输送至升降托板1122上后，完成第一件物料样品桶15的承接操作；物料样品桶开盖输出控制器控制升降托板1122降至与样品桶夹持旋盖工位平齐的位置后，控制样品桶平移输送装置12动作使拨齿1213带动第一件物料样品桶15移动至样品桶夹持旋盖工位并定位，然后控制夹桶机构131动作使夹持伸缩缸1311伸出、夹持卡头呈合毕的夹持状态对第一件物料样品桶15进行夹持定位，控制旋盖机构132动作使多个夹持卡爪呈张开状态的旋盖机械手1322竖直下移至设定位置后、控制卡爪伸缩控制部件动作使多个夹持卡爪同步缩入对第一件物料样品桶15的桶盖进行稳固夹持，然后控制旋盖机械手1322的C坐标驱动总成动作使旋盖机械手1322沿桶盖螺纹的反方向进行回转、并慢速提升，待第一件桶盖被旋出并脱离第一件物料样品桶15后、完成第一件物料样品桶15的开盖操作；控制旋盖机械手1322夹持着第一件桶盖上升至设定位置后，控制桶盖输送伸缩缸141快速伸出使桶盖转运托盘142平移至旋盖机械手1322的正下方，然后控制卡爪伸缩控制部件动作使多个夹持卡爪同步伸出，第一件桶盖即落至桶盖转运托盘142上，然后控制桶盖输送伸缩缸141快速缩入使桶盖转运托盘142载着第一件桶盖快速复位，当桶盖转运托盘142复位停止后，第一件桶盖即在惯性作用下继续移动滑入桶盖输出通道143的顶端输入口、并经倾斜的桶盖输出通道143滑出物料样品桶自动接收开盖输出单元1进行回收，完成第一件桶盖的转运回收操作；第一件桶盖转运回收操作的同时，物料样品桶开盖输出控制器控制样品桶平移输送装置12动作使拨齿1213带动第一件已开盖的物料样品桶15移动至样品桶输出抓取工位，然后控制样品桶平移输送装置12进行复位待命，完成第一件已开盖的物料样品桶15的输出操作；依次类推，针对批量物料成分分析实验，可实现物料样品桶15的逐个开盖并输出；

物料样品桶自动接收开盖输出单元1工作的同时，中央控制器控制抓取码放控制器使抓取码放机器人单元4整体坐标移动至对应坩埚台架单元3的设定位置，然后中央控制器根据输入的实验分析项目信息控制抓取码放控制器使抓取码放机械臂43和抓取码放机械手44动作、并通过夹持加长指441稳固夹取对应坩埚缓存托盘311上的第一件坩埚33，第一件坩埚33被夹取脱离坩埚缓存托盘311后，中央控制器控制坩埚台架控制器使坩埚缓存装置31的坩埚托盘定位旋转驱动部件动作、将坩埚缓存托盘311周向旋转设定角度使第二件坩埚33位于坩埚抓取工位，然后抓取码放控制器控制抓取码放机器人单元4整体坐标移动至对应物料精确称量单元2的设定位置、并将第一件坩埚33稳固定位码放在电子称重装置22的高精度称重模块上，中央控制器控制物料精确称量控制器使电子称重装置22的高精度称重模块自动调零后，完成第一件坩埚33的定位码放和称重调零；然后中央控制器再次控制抓取码放控制器使抓取码放机器人单元4整体坐标移动至对应坩埚台架单元3的设定位置，然后中央控制器根据输入的物料种类信息同时控制抓取码放控制器和坩埚台架控制器使抓取码放机械臂43、抓取码放机械手44和刮料板夹持定位机构323协同动作，并通过夹持加长指441稳固夹取对应刮料板存放架321上的第一件刮料板34，然后抓取码放控制器再次控制抓取码放机器人单元4整体坐标移动至对应物料精确称量单元2的设定位置，然后中央控制器同时控制物料精确称量控制器和抓取码放控制器使抓取码放机械臂43、抓取码放机械手44和刮料板定位夹持机构241协同动作将第一件刮料板34码放并稳固夹持定位在取样刮料装置24上，完成第一件刮料板34的定位码放和夹持定位；然后中央控制器控制抓取码放控制器使抓取码放机器人单元4整体坐标移动至对应物料样品桶自动接收开盖输出单元1的设定位置待命；

当第一件已开盖的物料样品桶15被输出至样品桶输出抓取工位后，中央控制器控制抓取码放控制器使抓取码放机械臂43和抓取码放机械手44动作、并通过夹持加长指441稳固夹取样品桶输出抓取工位上的第一件已开盖的物料样品桶15，然后抓取码放控制器再次控制抓取码放机器人单元4整体坐标移动至对应物料精确称量单元2的设定位置、并将第一件已开盖的物料样品桶15稳固定位码放在样品桶缓存托盘211的样品桶缓存工位上，中央控制器控制物料精确称量控制器使样品桶缓存装置21的样品桶托盘定位旋转驱动部件动作、将样品桶缓存托盘211周向旋转设定角度使空载的样品桶缓存工位位于样品桶码放舀取工位后，完成第一件已开盖的物料样品桶15的定位码放；依次类推，针对批量物料成分分析实验，可以实现额定数量的、已开盖的物料样品桶15逐个顺序码放在样品桶缓存托盘211上；

当已开盖的物料样品桶15码放在样品桶缓存托盘211上的样品桶码放舀取工位后，即可进行物料舀取和精确称量操作，中央控制器首先根据输入的物料重量信息计算舀取量、并根据舀取量选择适合容量规格的样勺26，然后中央控制器控制抓取码放控制器和物料精确称量控制器使抓取码放机械臂43、抓取码放机械手44和样勺定位夹持机构233协同动作，并通过夹持加长指441稳固定点夹取对应样勺托板232上的样勺26的勺柄，然后抓取码放控制器控制抓取码放机械臂43动作使抓取码放机械手44坐标移动至样品桶码放舀取工位的设定舀取坐标位置，然后抓取码放控制器控制抓取码放机械臂43和抓取码放机械手44动作使夹持在抓取码放机械手44上的样勺26先由水平状态正向翻转设定角度至倾斜状态、再下降设定距离伸入已开盖的物料样品桶15内并没入物料中、然后反方向翻转设定角度进行舀取物料并慢速提升，待舀取有物料的样勺26提升至已开盖的物料样品桶15的桶口上方、且复位水平状态后，继续提升设定距离使样勺26贴靠在取样刮料装置24的第一件刮料板34上，然后控制抓取码放机械臂43动作使抓取码放机械手44夹持着舀取有物料的样勺26进行平移，样勺26内被舀取的凸起呈堆状的物料即被第一件刮料板34刮擦整形，高于样勺26勺头部分的物料被刮掉回落至已开盖的物料样品桶15内，从而实现保证被舀取的物料即是样勺26的额定容量、同时避免后续样勺26平移过程中物料洒落，然后控制抓取码放机械臂43动作使舀取有物料的样勺26始终保持水平状态坐标移动至电子称重装置22上的第一件坩埚33上方的设定倾倒位置，然后控制抓取码放机械手44动作使舀取有物料的样勺26由水平状态正向翻转至设定的倾斜状态，样勺26内被舀取的物料即落入第一件坩埚33内，完成一次物料的舀取并置入坩埚的过程，以此类推，控制进行多次操作、直至电子称重装置22的高精度称重模块反馈的重量数值达到设定数值，完成精确称量操作；然后中央控制器控制抓取码放控制器和物料精确称量控制器使抓取码放机械臂43、抓取码放机械手44和样勺定位夹持机构233协同动作将样勺26放回至样勺托板232上，然后中央控制器控制抓取码放控制器使抓取码放机械臂43和抓取码放机械手44动作对盛放有设定重量物料的第一件坩埚33定位抓取、并定位码放在操作平台42的器皿转运盘421上；针对批量物料成分分析实验，同前所述，可先抓取坩埚33并码放在电子称重装置22的高精度称重模块上、再进行物料的舀取并置入坩埚33内进行精确称量、最后将盛放有物料的坩埚33依次定位码放在操作平台42的器皿转运盘421上；针对同一种类的批量物料进行实验，可以不需更换刮料板34和样勺26，针对不同种类的批量物料同时进行实验，需对刮料板34和样勺26进行更换；

精确称量操作后，中央控制器根据输入的实验分析项目信息控制抓取码放控制器使抓取码放机器人单元4整体坐标移动至相应的自动工业分析仪51的设定位置，然后抓取码放控制器控制抓取码放机械臂43和抓取码放机械手44动作对器皿转运盘421上的、盛放有设定重量物料的坩埚33定位抓取并定位码放在自动工业分析仪51内的设定位置，自动工业分析仪51即可进行工业分析、并将分析结果通过物料分析控制器上传至中央控制器；待完成工业分析后，抓取码放控制器控制抓取码放机械臂43和抓取码放机械手44动作对自动工业分析仪51内的坩埚33定位抓取并定位码放在坩埚回收箱52内即可，完成整个实验过程；

实验完成后，已开盖的物料样品桶15可以通过人工收集并盖桶盖，也可以利用抓取码放机器人单元4将已开盖的物料样品桶15逐个置入类似物料样品桶自动接收开盖输出单元1样品桶平移输送装置12和样品桶夹持旋盖装置13结构的物料样品桶合盖输出单元进行自动加盖桶盖并输出；坩埚回收箱52内的坩埚33可以通过人工收集并清洗后重新码放在坩埚缓存托盘311上，也可以利用抓取码放机器人单元4将坩埚回收箱52内的坩埚33通过器皿转运盘421转运至自动清洁单元进行自动清洗、然后再逐个分类码放在坩埚缓存托盘311上。

当控制抓取码放机械手44动作使舀取有物料的样勺26由水平状态正向翻转至设定的倾斜状态进行倾倒操作时，为了保证粉末状物料全部落入坩埚33内，作为本发明的进一步改进方案，如图10所示，物料精确称量单元2还包括对应取样刮料装置24设置在样品桶码放舀取工位上方的样勺敲击装置25，如图13所示，样勺敲击装置25包括定位固定安装在机架Ⅱ上的旋转敲击驱动机构251和安装在旋转敲击驱动机构251动力输出端上的敲击棒252，旋转敲击驱动机构251可以是微型电机结构、也可以是旋转电磁铁结构等其他旋转驱动结构，物料精确称量电控装置还包括样勺敲击控制回路，旋转敲击驱动机构251与物料精确称量控制器电连接。当控制抓取码放机械手44动作使舀取有物料的样勺26由水平状态正向翻转至设定的倾斜状态进行倾倒操作后，通过控制旋转敲击驱动机构251的动作可以实现敲击棒252沿圆弧运动轨迹对样勺26进行敲击振动，进而实现附着在样勺26上的粉末状物料全部落入坩埚33内。

为了在实验前保证刮料板34和样勺26处于洁净状态，作为本发明的进一步改进方案，本实验室物料自动分析系统还包括设置在物料精确称量单元2或坩埚台架单元3附近的自动清洁单元，自动清洁单元包括清洁腔体和自动清洁电控装置，清洁腔体内部可以是通过压缩空气进行喷吹清洁的风浴式结构、也可以是通过纯净水进行喷淋清洁的水浴式结构，水浴式结构的清洁腔体内部还可以设置水浴后的烘干机构，自动清洁电控装置包括自动清洁控制器，集中电控单元6还包括自动清洁回路，中央控制器与自动清洁控制器电连接。实验完成后可以利用抓取码放机器人单元4将刮料板34或样勺26送入自动清洁单元进行自动清洁、然后再进行逐个分类码放；实验过程中也可以根据需要对刮料板34或样勺26进行自动清洁。在水浴式结构的清洁腔体内部设置滚刷机构等刷洗结构后，也可以实现对使用后的坩埚33进行自动清洗。

为了实现抓取码放机械手44的准确位置定位以便于抓取码放，作为本发明的进一步改进方案，如图17所示，抓取码放机械手44上还设有模式识别机构442，模式识别机构442包括模式识别传感器和环形辅助光源，抓取码放电控装置还包括模式识别控制回路，抓取码放控制器与模式识别机构442电连接。抓取码放机械手44位置定位过程中，抓取码放控制器可以根据模式识别传感器的反馈控制抓取码放机械臂43和/或抓取码放机械手44对抓取码放机械手44的位姿进行微动纠偏，进而实现抓取码放机械手44的准确位置定位。

为实现旋盖机械手1322的准确位置定位，作为本发明的进一步改进方案，旋盖机械手1322上还可设有可反馈旋盖机械手1322与物料样品桶15之间距离的距离传感器。

为了进一步避免因刮料板34和/或样勺26上附着物料粉末而影响实验数据的准确度，刮料板34和样勺26表面均设有可防止物料黏连的防黏连覆层，或者刮料板34和样勺26均是防黏连材质。

为了减少抓取码放机器人单元4的移动量、提高功效，且提高整个本实验室物料自动分析系统的空间利用率，作为本发明的进一步改进方案，抓取码放机械臂43或抓取码放机械手44上还设有可绕Z坐标轴旋转的C坐标驱动总成，如图2所示，物料样品桶自动接收开盖输出单元1、物料精确称量单元2和坩埚台架单元3空间呈品字形布置结构。如此设置，可以实现定位停滞在品字形布置结构内的抓取码放机器人单元4在抓取码放机械臂43作业范围内对物料样品桶自动接收开盖输出单元1的已开盖的物料样品桶15、坩埚台架单元3的坩埚33和刮料板34以及物料精确称量单元2的样勺26进行抓取和码放。为了进一步提高实验效率，可以将空间呈品字形布置结构的物料样品桶自动接收开盖输出单元1、物料精确称量单元2和坩埚台架单元3沿直线运动的抓取码放机器人单元4的运行轨迹两端对称设置为两组，物料分析单元5设置在两组品字形布置结构的之间，即可通过抓取码放机器人单元4实现针对不同自动工业分析仪51的高效实验过程。

为了实现防尘、最大限度降低外界环境对实验数据的影响，作为本发明的进一步改进方案，物料样品桶自动接收开盖输出单元1、物料精确称量单元2、坩埚台架单元3、自动工业分析仪51的外部均设有防尘罩壳，且物料精确称量单元2、坩埚台架单元3和自动工业分析仪51均包括罩门和罩门自动启闭机构。

本实验室物料自动分析系统是智能数字化控制系统，可以与数字总线无缝连接实现集中数字化管理，不局限于上述的具体控制方式，通过物料样品桶自动接收开盖输出单元1、物料精确称量单元2、坩埚台架单元3、抓取码放机器人单元4和物料分析单元5的协同作业可以实现对盖有桶盖的物料样品桶15的自动开盖和输出、将已开盖的物料样品桶15内的物料样品定量精确舀取至坩埚33内进行精确称量、自动工业分析仪51对物料样品进行不同类型的自动实验分析以及实验结果的自动存储输出等系列自动操作，可以与数字总线无缝连接实现集中数字化管理，能够在降低实验操作人员的人员设置及劳动强度的前提下实现提高对物料成分分析实验的实验效率以及实验数据的准确性，同时可以极大降低人为因素对实验过程的干扰，特别适用于实验室物料成分分析。

Claims (10)

1.一种实验室物料自动分析系统，其特征在于，包括物料样品桶自动接收开盖输出单元(1)、物料精确称量单元(2)、坩埚台架单元(3)、抓取码放机器人单元(4)、物料分析单元(5)和集中电控单元(6)；

所述的物料样品桶自动接收开盖输出单元(1)用于对盖有桶盖的物料样品桶(15)进行自动接收并开盖、然后将开盖后的物料样品桶(15)定位输出，物料样品桶自动接收开盖输出单元(1)包括物料样品桶开盖输出电控装置，物料样品桶开盖输出电控装置包括物料样品桶开盖输出控制器、样品桶输送控制回路、样品桶夹持旋盖控制回路和桶盖输出控制回路；

所述的物料精确称量单元(2)设置在物料样品桶自动接收开盖输出单元(1)附近，用于将已开盖的物料样品桶(15)内的物料样品定量精确舀取至坩埚(33)内进行精确称量，物料精确称量单元(2)包括样勺(26)、电子称重装置(22)和物料精确称量电控装置，电子称重装置(22)包括高精度称重模块；物料精确称量电控装置包括物料精确称量控制器、电子称重控制回路、样勺夹持控制回路；

所述的坩埚台架单元(3)设置在物料精确称量单元(2)附近，用于供应不同实验项目的坩埚(33)，坩埚台架单元(3)包括坩埚(33)和坩埚台架电控装置，坩埚台架电控装置包括坩埚台架控制器和坩埚供给控制回路；

所述的抓取码放机器人单元(4)用于对开盖后的物料样品桶(15)、刮料板(34)、坩埚(33)、样勺(26)进行抓取和码放，包括行走底盘(41)、操作平台(42)、抓取码放机械臂(43)、抓取码放机械手(44)和抓取码放电控装置；

行走底盘(41)安装在操作平台(42)的底部，包括车轮和与车轮传动连接的车轮驱动机构；

操作平台(42)上固定设有器皿转运盘(421)；

定位安装在操作平台(42)上的抓取码放机械臂(43)至少包括控制沿水平左右方向移动的X坐标驱动总成、控制沿水平前后方向移动的Y坐标驱动总成和控制沿竖直上下方向移动的Z坐标驱动总成；

抓取码放机械手(44)通过可绕X坐标轴旋转的A坐标驱动总成和/或可绕Y坐标轴旋转的B坐标驱动总成安装在抓取码放机械臂(43)的末节端部，抓取码放机械手(44)上至少设有两个开合设置的夹持加长指(441)，夹持加长指(441)铰接安装在抓取码放机械手(44)上、且夹持加长指(441)与夹持加长指开合控制机构传动连接，夹持加长指(441)的夹持面包括物料样品桶夹持面、坩埚夹持面、刮料板夹持面和样勺夹持面；

抓取码放电控装置包括抓取码放控制器、抓取码放机械手坐标移动控制回路和抓取码放控制回路，抓取码放控制器分别与行走底盘(41)的车轮驱动机构、抓取码放机械臂(43)的坐标驱动总成、抓取码放机械手(44)的坐标驱动总成和抓取码放机械手(44)的夹持加长指开合控制机构电连接；

所述的物料分析单元(5)用于对物料样品进行不同类型的实验分析，包括自动工业分析仪(51)、坩埚回收箱(52)和物料分析电控装置；坩埚回收箱(52)设置在自动工业分析仪(51)附近；物料分析电控装置包括物料分析控制器和自动工业分析控制回路，物料分析控制器与自动工业分析仪(51)电连接；

所述的集中电控单元(6)包括中央控制器、物料样品桶开盖输出控制回路、物料精确称量控制回路、坩埚供给控制回路、抓取码放控制回路、物料分析控制回路和数据存储输出控制回路，中央控制器分别与物料样品桶自动接收开盖输出单元(1)的物料样品桶开盖输出控制器、物料精确称量单元(2)的物料精确称量控制器、坩埚台架单元(3)的坩埚台架控制器、抓取码放机器人单元(4)的抓取码放控制器、物料分析单元(5)的物料分析控制器电连接。

2.根据权利要求1所述的实验室物料自动分析系统，其特征在于，物料样品桶自动接收开盖输出单元(1)包括样品桶自动接收装置(11)、样品桶平移输送装置(12)、样品桶夹持旋盖装置(13)和桶盖输出装置(14)；

样品桶自动接收装置(11)的输出端与样品桶平移输送装置(12)的输入端对接连接，样品桶自动接收装置(11)包括竖直设置在样品桶自动接收装置(11)的输出端位置的样品桶接收导向管(111)和顶升式样品桶接收机构(112)，样品桶接收导向管(111)与气动样品桶输送系统管道连通连接，顶升式样品桶接收机构(112)包括顶升缸(1121)和升降托板(1122)，水平设置的升降托板(1122)对应样品桶接收导向管(111)的管口设置，顶升缸(1121)的缸体端固定安装在机架Ⅰ上、伸缩端与升降托板(1122)固定连接；

样品桶平移输送装置(12)包括水平安装在机架Ⅰ上的平移输送机构(121)和与平移输送机构(121)传动连接的平移输送驱动部件(122)，平移输送机构(121)包括直线输送模组(1211)、安装在直线输送模组(1211)上的平移基座(1212)和固定安装在平移基座(1212)上的拨齿(1213)，拨齿(1213)垂直于直线输送方向伸出设置，机架Ⅰ上对应平移输送机构(121)的输送方向上设有样品桶夹持旋盖工位，机架Ⅰ上对应平移输送机构(121)的输出端位置设有样品桶输出抓取工位；

样品桶夹持旋盖装置(13)对应样品桶夹持旋盖工位设置，包括夹桶机构(131)和旋盖机构(132)；夹桶机构(131)包括伸缩方向垂直于平移输送机构(121)输送方向设置的夹持伸缩缸(1311)，夹持伸缩缸(1311)的缸体端固定安装在机架Ⅰ上、伸缩端设有与物料样品桶(15)的桶体尺寸配合的夹持卡头；旋盖机构(132)包括固定安装在机架Ⅰ上的旋盖支撑架(1321)和安装在旋盖支撑架(1321)上的旋盖机械手(1322)，旋盖机械手(1322)对应夹持卡头合毕夹持状态时的夹持中心设置、且旋盖机械手(1322)至少通过可沿竖直上下方向移动的Z坐标驱动总成和可绕Z坐标轴旋转的C坐标驱动总成安装在旋盖支撑架(1321)上，旋盖机械手(1322)上设有多个沿周向方向均布设置的夹持卡爪、且夹持卡爪通过沿旋盖机械手(1322)径向方向伸缩设置的卡爪伸缩控制部件安装在旋盖机械手(1322)上；

桶盖输出装置(14)设置在样品桶夹持旋盖装置(13)附近，包括桶盖输送伸缩缸(141)、桶盖转运托盘(142)和桶盖输出通道(143)；桶盖输送伸缩缸(141)的缸体端固定安装在机架Ⅰ上、且桶盖输送伸缩缸(141)的伸缩方向对应旋盖机械手(1322)的径向方向设置；水平设置的桶盖转运托盘(142)固定安装在桶盖输送伸缩缸(141)的伸缩端上；倾斜设置的桶盖输出通道(143)固定安装在机架Ⅰ上、且桶盖输出通道(143)的顶端输入口承接对应桶盖转运托盘(142)的位置设置；

物料样品桶开盖输出控制器分别与样品桶自动接收装置(11)、平移输送驱动部件(122)、夹持伸缩缸(1311)、旋盖机械手(1322)的Z坐标驱动总成、旋盖机械手(1322)的C坐标驱动总成、旋盖机械手(1322)的卡爪伸缩控制部件和桶盖输送伸缩缸(141)电连接。

3.根据权利要求2所述的实验室物料自动分析系统，其特征在于，物料样品桶(15)的外表面上固定设置编码芯片，夹桶机构(131)还包括定位设置在夹持伸缩缸(1311)上方或下方的样品桶读码器(1312)，样品桶读码器(1312)与物料样品桶开盖输出控制器电连接。

4.根据权利要求2所述的实验室物料自动分析系统，其特征在于，旋盖机械手(1322)上还可设有可反馈旋盖机械手(1322)与物料样品桶(15)之间距离的距离传感器，距离传感器与物料样品桶开盖输出控制器电连接。

5.根据权利要求1所述的实验室物料自动分析系统，其特征在于，物料精确称量单元(2)包括样品桶缓存装置(21)、样勺存放装置(23)和取样刮料装置(24)；

样品桶缓存装置(21)包括水平设置的、轴向定位安装在机架Ⅱ上的样品桶缓存托盘(211)，多个样品桶缓存工位周向均布设置在样品桶缓存托盘(211)的顶表面上，正对外部的样品桶缓存工位是样品桶码放舀取工位，样品桶缓存托盘(211)与样品桶托盘定位旋转驱动部件传动连接；

电子称重装置(22)设置在样品桶缓存装置(21)的上方，高精度称重模块定位架设安装在机架Ⅱ上；

样勺存放装置(23)设置在电子称重装置(22)附近，包括定位安装在机架Ⅱ上的样勺存放架(231)和安装在样勺存放架(231)上的多组样勺定位夹持组件，每组样勺定位夹持组件均包括样勺托板(232)和样勺定位夹持机构(233)，样勺定位夹持机构(233)包括样勺定位夹持板和样勺夹持板开合控制部件，不同容量规格的样勺(26)分别通过样勺定位夹持板定位夹持在不同样勺定位夹持组件的样勺托板(232)上；

取样刮料装置(24)对应样品桶码放舀取工位的正上方定位安装在机架Ⅱ上，包括刮料板定位夹持机构(241)，刮料板定位夹持机构(241)包括刮料板定位夹持块(242)和刮料板夹持板开合控制部件；

物料精确称量电控装置还包括样品桶缓存控制回路和刮料板夹持控制回路，物料精确称量控制器分别与样品桶缓存装置(21)的缓存托盘定位旋转驱动部件、电子称重装置(22)的高精度称重模块、样勺存放装置(23)的样勺定位夹持机构(233)、取样刮料装置(24)的刮料板夹持板开合控制部件电连接。

6.根据权利要求5所述的实验室物料自动分析系统，其特征在于，物料精确称量单元(2)还包括对应取样刮料装置(24)设置在样品桶码放舀取工位上方的样勺敲击装置(25)，样勺敲击装置(25)包括定位固定安装在机架Ⅱ上的旋转敲击驱动机构(251)和安装在旋转敲击驱动机构(251)动力输出端上的敲击棒(252)；物料精确称量电控装置还包括样勺敲击控制回路，旋转敲击驱动机构(251)与物料精确称量控制器电连接。

7.根据权利要求5所述的实验室物料自动分析系统，其特征在于，坩埚台架单元(3)包括坩埚缓存装置(31)和刮料板存放装置(32)；

坩埚缓存装置(31)是包括多个水平托载面的层状结构，层状结构的坩埚缓存装置(31)包括多个轴向定位、且同轴设置安装在机架Ⅲ上的坩埚缓存托盘(311)，每个坩埚缓存托盘(311)的顶平面上均周向均布设有多个坩埚缓存工位，坩埚(33)位于坩埚缓存工位内，正对外部的坩埚缓存工位是坩埚抓取工位，坩埚缓存托盘(311)与坩埚托盘定位旋转驱动部件传动连接；

刮料板存放装置(32)设置在坩埚缓存装置(31)附近，包括定位安装在机架Ⅲ上的刮料板存放架(321)和安装在刮料板存放架(321)上的多组刮料板定位夹持组件，每组刮料板定位夹持组件均包括刮料板托架(322)和刮料板夹持定位机构(323)，刮料板夹持定位机构(323)包括刮料板定位夹持指和刮料板夹持指开合控制部件，多个刮料板(34)分别夹持定位在不同刮料板定位夹持组件的刮料板托架(322)上；

坩埚台架电控装置还包括刮料板供给控制回路，坩埚台架控制器分别与坩埚缓存装置(31)的坩埚托盘定位旋转驱动部件和刮料板存放装置(32)的刮料板夹持指开合控制部件电连接。

8.根据权利要求1至7任一权利要求所述的实验室物料自动分析系统，其特征在于，实验室物料自动分析系统还包括设置在物料精确称量单元(2)或坩埚台架单元(3)附近的自动清洁单元，自动清洁单元包括清洁腔体和自动清洁电控装置，自动清洁电控装置包括自动清洁控制器；集中电控单元(6)还包括自动清洁回路，中央控制器与自动清洁控制器电连接。

9.根据权利要求1至7任一权利要求所述的实验室物料自动分析系统，其特征在于，抓取码放机械手(44)上还设有模式识别机构(442)，模式识别机构(442)包括模式识别传感器和辅助光源，抓取码放电控装置还包括模式识别控制回路，抓取码放控制器与模式识别机构(442)电连接。

10.根据权利要求1至7任一权利要求所述的实验室物料自动分析系统，其特征在于，抓取码放机械臂(43)或抓取码放机械手(44)上还设有可绕Z坐标轴旋转的C坐标驱动总成，物料样品桶自动接收开盖输出单元(1)、物料精确称量单元(2)和坩埚台架单元(3)空间呈品字形布置结构。

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