CN113110204B - 一种基于环境感知的机器人协同控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于环境感知的机器人协同控制系统，它包括有主控中心、环境数据采集模块，主控中心下连接有多个环境数据采集模块，环境数据采集模块分别与相应的生物安全柜、封口系统、实验现场、分料系统连接；实验现场对生物缸内的样品进行实验，实验完成后通过传送带送至分料系统内，通过分料系统内的环境数据采集模块分选，再通过相应的主输出通道、次输出通道输出，输送后通过封口系统对生物罐进行封口，封口完成后进入相应的生物安全柜进行保存。本系统对完成对样本转运、样本检测、高致病性病原微生物培养以及建立实验室无人化协同作业系统有积极效果，有效解决生物安全性问题。

Description

一种基于环境感知的机器人协同控制系统

技术领域

本发明涉及智能化控制技术领域，尤其是指一种基于环境感知的机器人协同控制系统。

背景技术

生物安全一般是指由现代生物技术开发和应用对生态环境和人体健康造成的潜在威胁，及对其所采取的一系列有效预防和控制措施。基于生物技术发展有可能带来的不利影响，因此，针对高等级生物安全实验室环境的危险性，急需研发相应的研究机器人环境感知技术、机械手爪作业技术、多机械臂协同作业系统等设备，开发出对样本转运、样本检测、高致病性病原微生物培养、污物收集和转运以及实验室局部环境高效消毒的智能化无人化机器人系统；建立实验室无人化协同作业及监控系统，从而解决生物安全性问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于环境感知的机器人协同控制系统。

为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：一种基于环境感知的机器人协同控制系统，它包括有主控中心、环境数据采集模块，主控中心下连接有多个环境数据采集模块，环境数据采集模块分别与相应的生物安全柜、封口系统、实验现场、分料系统连接；实验现场对生物缸内的样品进行实验，实验完成后通过传送带送至分料系统内，通过分料系统内的环境数据采集模块分选，再通过相应的主输出通道、次输出通道输出，输送后通过封口系统对生物罐进行封口，封口完成后进入相应的生物安全柜进行保存；

上述系统包括排料板、传送带，其中，排料板输入端位于实验现场，排料板输出端连接有分料系统，分料系统输出端设有主输出通道和次输出通道，主输出通道、次输出通道出口位于传送带承托面一侧，主输出通道、次输出通道出口上方设有封口系统，传送带承托面另一侧安装有校正系统，校正系统正对相应的主输出通道、次输出通道出口。

所述的分料系统包括有排料挡板、分料挡板，其中，排料挡板、分料挡板分别固定在排料板两侧，排料板输出端端部连接有分料导板，分料挡板输出方向的分料导板上安装有活动挡板，活动挡板与分料挡板之间预留有分料区，分料区内安装有分料组件；排料挡板输出方向的分料导板上安装有分隔导条，分隔导条呈长条形，其长度方向与分料导板的输送方向一致，分隔导条端部与排料挡板之间预留有拔料通道；分隔导条与活动挡板之间形成主输出通道，分隔导条外侧的分料导板边缘处设有固定挡板，固定挡板与排料挡板之间通过过渡挡板连接，固定挡板与分隔导条之间预留有次输出通道，次输出通道与拔料通道连接，校正系统为两组，每组对应一个输出通道。

所述的校正系统包括有底座、端板、侧板，其中，底座安装在机架上，后端板竖直固定在底座顶部后端，侧板为两块，分别固定在底座顶部两侧，侧板后端与后端板端部连接，横轴安装在两块侧板之间，横轴前侧的底座上活动安装有U形座，U形座上竖直固定有夹板销，夹板销上活动铰接有两条夹板臂，铰接后的夹板臂俯视呈“X”状，夹板臂前端为定位端，夹板臂后端设有两侧对穿的限位孔，限位孔与横轴套合，限位孔上方的夹板臂顶部安装有张力轮，后端板外侧安装有夹取气缸，夹取气缸的活塞杆穿过后端板与锥头连接；U形座外侧呈水平固定有调节杆，调节杆外端穿过板架与调节螺母啮合，调节杆上套装有微调弹簧，微调弹簧一端与板架抵触，另一端与U形座外侧壁抵触。

所述的封口系统包括有送料管，送料管顶端与外部供料器连接，送料管底部连接有分料盒，分料盒其中一侧设有定位筒，定位筒内活动安装有分料拔杆，分料拔杆其中一端连接有拔动销，分料拔杆另一端延伸至分料盒内形成分料端，分料端顶部固定有导芯板，导芯板呈等腰三角形，其尖角向上；导芯板一侧的分料端上设有上下贯穿的分料孔；导芯板、分料孔均为两个，相互错位分布在分料拔杆的分料端上，定位筒外侧安装有动力电机，动力电机的传动轴上安装有动力盘，动力盘盘面上设有动力槽，拔动销其中一端位于动力槽内；分料盒底部设有两个上下贯穿的芯体导出口；芯体导出口底部竖直安装有导筒，导筒位于相应的输出通道出口上方，导筒外侧壁下部安装有压封组件。

所述的压封组件包括有压封导向筒、压封气缸，其中，每个芯体导出口外侧竖直固定一个压封导向筒，压封导向筒底部通过筒板密封，压封导向筒侧壁上由上至下设有内外贯穿的螺旋形的导向槽，压封导向筒内活动安装有导向滑块，导向滑块其中一侧固定有导向销，导向销穿过导向槽与压板连接，导向滑块下方的压封导向筒内设有复位弹簧，复位弹簧底部与筒板抵触，复位弹簧顶部与导向滑块底部抵触，压封气缸沿竖直方向安装在分料盒底部一侧，压封气缸活塞杆向下与压板连接，导向滑块顶部的压封导向筒内活动安装有压杆，压杆顶部向上穿过压封导向筒与压板连接。

本发明在采用上述方案后，主控中心下连接有多个环境数据采集模块，实验现场对生物缸内的样品进行实验，实验完成后通过传送带送至分料系统内，通过分料系统内的环境数据采集模块分选，再通过相应的主输出通道、次输出通道输出，输送后通过封口系统对生物罐进行封口，封口完成后进入相应的生物安全柜进行保存。本系统对完成对样本转运、样本检测、高致病性病原微生物培养以及建立实验室无人化协同作业系统有积极效果，有效解决生物安全性问题。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为本发明的封口系统示意图。

图3为本发明的校正系统示意图。

图4为本发明的压封组件示意图。

图5为本发明的分料组件示意图。

具体实施方式

下面结合所有附图对本发明作进一步说明，本发明的较佳实施例为：参见附图1至附图5，本实施例所述的一种基于环境感知的机器人协同控制系统包括有主控中心、环境数据采集模块，主控中心下连接有多个环境数据采集模块，环境数据采集模块分别与相应的生物安全柜、封口系统、实验现场、分料系统连接；实验现场对生物缸内的样品进行实验，实验完成后通过传送带送至分料系统内，通过分料系统内的环境数据采集模块分选，再通过相应的主输出通道、次输出通道输出，输送后通过封口系统对生物罐进行封口，封口完成后进入相应的生物安全柜进行保存；

上述系统包括排料板11、传送带31，其中，排料板11输入端位于实验现场，排料板11输出端连接有分料系统，分料系统输出端设有主输出通道和次输出通道，主输出通道、次输出通道出口位于传送带31承托面一侧，主输出通道、次输出通道出口上方设有封口系统，传送带31承托面另一侧安装有校正系统，校正系统正对相应的主输出通道、次输出通道出口。

分料系统包括有排料挡板7、分料挡板8，其中，排料挡板7、分料挡板8分别固定在排料板11两侧，排料板11输出端端部连接有分料导板12，分料挡板8输出方向的分料导板12上安装有活动挡板15，活动挡板15与分料挡板8之间预留有分料区，分料区内安装有分料组件；排料挡板7输出方向的分料导板12上安装有分隔导条13，分隔导条13呈长条形，其长度方向与分料导板12的输送方向一致，分隔导条13端部与排料挡板7之间预留有拔料通道；分隔导条13与活动挡板15之间形成主输出通道，分隔导条13外侧的分料导板12边缘处设有固定挡板14，固定挡板14与排料挡板7之间通过过渡挡板连接，固定挡板14与分隔导条13之间预留有次输出通道，次输出通道与拔料通道连接，校正系统为两组，每组对应一个输出通道。

校正系统包括有底座41、端板42、侧板43，其中，底座41安装在机架上，后端板42竖直固定在底座41顶部后端，侧板43为两块，分别固定在底座41顶部两侧，侧板43后端与后端板42端部连接，横轴44安装在两块侧板43之间，横轴44前侧的底座41上活动安装有U形座413，U形座413上竖直固定有夹板销45，夹板销45上活动铰接有两条夹板臂46，铰接后的夹板臂46俯视呈“X”状，夹板臂46前端为定位端，夹板臂46后端设有两侧对穿的限位孔48，限位孔48与横轴44套合，限位孔48上方的夹板臂46顶部安装有张力轮49，后端板42外侧安装有夹取气缸410，夹取气缸410的活塞杆穿过后端板42与锥头411连接；U形座413外侧呈水平固定有调节杆414，调节杆414外端穿过板架与调节螺母啮合，调节杆414上套装有微调弹簧415，微调弹簧415一端与板架抵触，另一端与U形座413外侧壁抵触。

封口系统包括有送料管21，送料管21顶端与外部供料器连接，送料管21底部连接有分料盒22，分料盒22其中一侧设有定位筒23，定位筒23内活动安装有分料拔杆24，分料拔杆24其中一端连接有拔动销25，分料拔杆24另一端延伸至分料盒22内形成分料端，分料端顶部固定有导芯板26，导芯板26呈等腰三角形，其尖角向上；导芯板26一侧的分料端上设有上下贯穿的分料孔27；导芯板26、分料孔27均为两个，相互错位分布在分料拔杆24的分料端上，定位筒23外侧安装有动力电机，动力电机的传动轴上安装有动力盘211，动力盘211盘面上设有动力槽212，拔动销25其中一端位于动力槽212内；分料盒22底部设有两个上下贯穿的芯体导出口29；芯体导出口29底部竖直安装有导筒28，导筒28位于相应的输出通道出口上方，导筒28外侧壁下部安装有压封组件。

压封组件包括有压封导向筒51、压封气缸52，其中，每个芯体导出口29外侧竖直固定一个压封导向筒51，压封导向筒51底部通过筒板密封，压封导向筒51侧壁上由上至下设有内外贯穿的螺旋形的导向槽53，压封导向筒51内活动安装有导向滑块54，导向滑块54其中一侧固定有导向销，导向销穿过导向槽53与压板57连接，导向滑块54下方的压封导向筒51内设有复位弹簧55，复位弹簧55底部与筒板抵触，复位弹簧55顶部与导向滑块54底部抵触，压封气缸52沿竖直方向安装在分料盒22底部一侧，压封气缸52活塞杆向下与压板连接，导向滑块54顶部的压封导向筒51内活动安装有压杆56，压杆56顶部向上穿过压封导向筒51与压板连接。

分料组件包括有安装在分料导板12上的拔动轴2，拔动轴2顶部与拔杆3一端铰接，拔杆3另一端悬空形成拔动端，拔动轴2底部向下穿过分料导板12与拔动凸轮4连接，拔动凸轮4一侧的分料导板12上安装有动力电机，动力电机的传动轴上安装有动力凸轮5，动力凸轮5与拔动凸轮4相配合，分料导板12底部外侧连接有凸轮拉簧6，凸轮拉簧6与拔动凸轮4连接。

本发明在采用上述方案后，分料系统内的拔杆伸出长度小于或等于活动挡板与分隔导条之间的距离，生物罐通过排料板排料向后输送，原始状态的拔杆长度方向与排料板的输送方向一致（位于分料区内），分料时，动力电机旋转带动动力凸轮同步旋转，动力凸轮的凸缘部位与拔动凸轮的凸缘部位接触，带动拔动凸轮转动，凸轮拉簧拉伸，拔动凸轮同步带动拔动轴、拔杆转动，拔杆转动时进入主输出通道内，并阻于主输出通道的分隔导条前方，主输出通道不再输出（此时，拔杆形成过渡导条），输出的生物罐通过过渡导条导向通过拔料通道进入次输出通道，通过次输出通道送至传送带上，动力凸轮的凸缘部位离开拔动凸轮的凸缘部位后，凸轮拉簧复位带动拔动凸轮复位，生物罐通过主输出通道送至传送带上；

校正系统内原始状态的夹取气缸收缩，两块橡胶垫之间呈张开状态，每个夹装区对应一个输出通道，生物罐进入夹装区后，夹取气缸的活塞杆伸出，带动锥头前行，在锥头的锥度作用下向两侧推动张力轮，张力轮同步带动该端的夹板臂向外行走，张力弹簧压缩，在夹板销的作用下，夹装区一端的两条夹板臂相对靠拢，通过两块橡胶垫将生物罐两侧夹住，当生物罐稍有偏移时（没有对中芯体导出口正下方），两侧的微调弹簧自动校正（两侧的弹簧张力相同），完成对中和定位，封口盖通过送料管排列向下输送，当生物罐通过校正系统定位后，动力电机带动动力盘转动（一周），动力盘转动时通过椭圆形的动力槽带动拔动销动作，拔动销在动力槽的作用下带动分料拔杆运动，分料拔杆在运动时拉动导芯板在送料管出口下方左/右运动，落下的封口盖通过导芯板导向，下落至相应的芯体导出口内，再通过输出管落至相应的生物罐顶部；

封口盖落至相应的生物罐顶部后，导向槽底部呈竖直向下的导槽，导槽正对相应的生物罐，原始状态的压板不在生物罐正上方，压封气缸的活塞杆伸出带动压杆下降，压杆下降的同时带动导向滑块下行，导向销下行时通过导向槽限位和导向销导向，使压板呈螺旋下降，下降到位后（压板位于封口盖正上方）沿导槽继续下行，压板与封口盖接触，将压封气缸的活塞杆继续伸出，通过压板将封口盖压入生物罐，完成封口。

夹取气缸的活塞杆收缩带动锥头向后行走，锥头较大一端后行逐渐离开张力轮，张力弹簧扩张带动限位孔方向的两条夹板臂相对靠拢，夹装区一端的两条夹板臂张开，从而松开生物罐，生物罐通过传送带带动送入相应的生物安全柜进行保存。

以上所述之实施例只为本发明之较佳实施例，并非以此限制本发明的实施范围，故凡依本发明之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (1)

1.一种基于环境感知的机器人协同控制系统，它包括有主控中心、环境数据采集模块，其特征在于：主控中心下连接有多个环境数据采集模块，环境数据采集模块分别与相应的生物安全柜、封口系统、实验现场、分料系统连接；实验现场对生物缸内的样品进行实验，实验完成后通过传送带送至分料系统内，通过分料系统内的环境数据采集模块分选，再通过相应的主输出通道、次输出通道输出，输送后通过封口系统对生物罐进行封口，封口完成后进入相应的生物安全柜进行保存；

上述机器人协同控制系统包括排料板（11）、传送带（31），其中，排料板（11）输入端位于实验现场，排料板（11）输出端连接有分料系统，分料系统输出端设有主输出通道和次输出通道，主输出通道、次输出通道出口位于传送带（31）承托面一侧，主输出通道、次输出通道出口上方设有封口系统，传送带（31）承托面另一侧安装有校正系统，校正系统正对相应的主输出通道、次输出通道出口；

分料系统包括有排料挡板（7）、分料挡板（8），其中，排料挡板（7）、分料挡板（8）分别固定在排料板（11）两侧，排料板（11）输出端端部连接有分料导板（12），分料挡板（8）输出方向的分料导板（12）上安装有活动挡板（15），活动挡板（15）与分料挡板（8）之间预留有分料区，分料区内安装有分料组件；排料挡板（7）输出方向的分料导板（12）上安装有分隔导条（13），分隔导条（13）呈长条形，其长度方向与分料导板（12）的输送方向一致，分隔导条（13）端部与排料挡板（7）之间预留有拔料通道；分隔导条（13）与活动挡板（15）之间形成主输出通道，分隔导条（13）外侧的分料导板（12）边缘处设有固定挡板（14），固定挡板（14）与排料挡板（7）之间通过过渡挡板连接，固定挡板（14）与分隔导条（13）之间预留有次输出通道，次输出通道与拔料通道连接，校正系统为两组，每组对应一个输出通道；

校正系统包括有底座（41）、端板（42）、侧板（43），其中，底座（41）安装在机架上，后端板（42）竖直固定在底座（41）顶部后端，侧板（43）为两块，分别固定在底座（41）顶部两侧，侧板（43）后端与后端板（42）端部连接，横轴（44）安装在两块侧板（43）之间，横轴（44）前侧的底座（41）上活动安装有U形座（413），U形座（413）上竖直固定有夹板销（45），夹板销（45）上活动铰接有两条夹板臂（46），铰接后的夹板臂（46）俯视呈“X”状，夹板臂（46）前端为定位端，夹板臂（46）后端设有两侧对穿的限位孔（48），限位孔（48）与横轴（44）套合，限位孔（48）上方的夹板臂（46）顶部安装有张力轮（49），后端板（42）外侧安装有夹取气缸（410），夹取气缸（410）的活塞杆穿过后端板（42）与锥头（411）连接；U形座（413）外侧呈水平固定有调节杆（414），调节杆（414）外端穿过板架与调节螺母啮合，调节杆（414）上套装有微调弹簧（415），微调弹簧（415）一端与板架抵触，另一端与U形座（413）外侧壁抵触；

封口系统包括有送料管（21），送料管（21）顶端与外部供料器连接，送料管（21）底部连接有分料盒（22），分料盒（22）其中一侧设有定位筒（23），定位筒（23）内活动安装有分料拔杆（24），分料拔杆（24）其中一端连接有拔动销（25），分料拔杆（24）另一端延伸至分料盒（22）内形成分料端，分料端顶部固定有导芯板（26），导芯板（26）呈等腰三角形，其尖角向上；导芯板（26）一侧的分料端上设有上下贯穿的分料孔（27）；导芯板（26）、分料孔（27）均为两个，相互错位分布在分料拔杆（24）的分料端上，定位筒（23）外侧安装有动力电机，动力电机的传动轴上安装有动力盘（211），动力盘（211）盘面上设有动力槽（212），拔动销（25）其中一端位于动力槽（212）内；分料盒（22）底部设有两个上下贯穿的芯体导出口（29）；芯体导出口（29）底部竖直安装有导筒（28），导筒（28）位于相应的输出通道出口上方，导筒（28）外侧壁下部安装有压封组件；

压封组件包括有压封导向筒（51）、压封气缸（52），其中，每个芯体导出口（29）外侧竖直固定一个压封导向筒（51），压封导向筒（51）底部通过筒板密封，压封导向筒（51）侧壁上由上至下设有内外贯穿的螺旋形的导向槽（53），压封导向筒（51）内活动安装有导向滑块（54），导向滑块（54）其中一侧固定有导向销，导向销穿过导向槽（53）与压板（57）连接，导向滑块（54）下方的压封导向筒（51）内设有复位弹簧（55），复位弹簧（55）底部与筒板抵触，复位弹簧（55）顶部与导向滑块（54）底部抵触，压封气缸（52）沿竖直方向安装在分料盒（22）底部一侧，压封气缸（52）活塞杆向下与压板连接，导向滑块（54）顶部的压封导向筒（51）内活动安装有压杆（56），压杆（56）顶部向上穿过压封导向筒（51）与压板连接。

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