本發(fā)明涉及自動(dòng)化領(lǐng)域，具體說(shuō)是一種用于?；芤禾崛〉膴A具系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

生產(chǎn)制造、醫(yī)療衛(wèi)生、核試驗(yàn)與核電、冶金化工等行業(yè)諸多場(chǎng)所會(huì)產(chǎn)生大量組分復(fù)雜、濃度不均、腐蝕性大、放射性高的?；芤?，對(duì)人、動(dòng)物以及環(huán)境極易造成嚴(yán)重傷害。此類?；芤阂话悴捎酶綦x的辦法存儲(chǔ)在封閉空間中，經(jīng)過(guò)收集存儲(chǔ)、取樣檢測(cè)、凈化處理以及排放等步驟，用稀釋或固化等方法處理后，轉(zhuǎn)換成小體積的濃縮物并加以貯藏，待腐蝕性和放射性小于最大允許排放指標(biāo)后，將其排于環(huán)境中進(jìn)行掩埋或擴(kuò)散。危化溶液的取樣檢測(cè)是處理過(guò)程中非常重要的環(huán)節(jié)，此階段將對(duì)?；芤旱某煞旨昂窟M(jìn)行檢測(cè)，只有充分檢測(cè)后才能找到有效的?；芤禾幚矸椒?，只有經(jīng)過(guò)嚴(yán)格處理后才能將其危害降低到最低。

?；芤喝訖z測(cè)時(shí)需采用先進(jìn)的方法和手段少量提取溶液，進(jìn)行成分和含量分析。從已公開(kāi)的記錄和資料來(lái)看，大部分?；芤禾崛〔捎玫氖腔谡婵瘴〉姆绞綐?gòu)建的固定?；芤禾崛⊙b置，該裝置主要由真空泵、吸取管、控制開(kāi)關(guān)以及攝像頭等組成，與?；芤禾幚碓O(shè)備一起固定在某個(gè)地方，在人工的參與下完成危化溶液的提取，該類裝置出于穩(wěn)定性考慮幾乎沒(méi)有采用精確提取控制的措施，所以難以實(shí)現(xiàn)?；芤旱亩亢碗S機(jī)抽檢。缺少靈活的提取手段和無(wú)法精確定量提取等問(wèn)題成為制約危化溶液處理效率提升的瓶頸，由于采用的是固定式溶液提取裝置，不能自由移動(dòng)操作，當(dāng)裝置發(fā)生故障或?；芤航M分變化的情況下，固定式溶液提取裝置無(wú)法勝任抽檢工作，嚴(yán)重時(shí)造成危化溶液處理暫停，生產(chǎn)線停機(jī)，帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

另外，許多場(chǎng)合沒(méi)有固定式?；芤禾崛≡O(shè)備，當(dāng)提取的?；芤悍N類比較多、距離比較遠(yuǎn)、工作環(huán)境比較惡劣時(shí)，需要人進(jìn)入不同的環(huán)境甚至是高危環(huán)境中手工操作，出現(xiàn)（1）人較長(zhǎng)時(shí)間處在惡劣環(huán)境中作業(yè)，易受到傷害；（2）?；芤喝×坎粶?zhǔn)，作業(yè)效率較低；（3）多余?；芤翰灰滋幚淼葐?wèn)題。這些問(wèn)題已嚴(yán)重影響?；芤簷z測(cè)環(huán)節(jié)的處理效率和人的安全性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為克服現(xiàn)有技術(shù)存在的以上問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種用于危化溶液提取的夾具系統(tǒng)，通過(guò)集成夾取功能和液體提取功能，能一次完成物體夾取和液體抽取操作，減少中間環(huán)節(jié)，明顯提高工作效率。

本發(fā)明由以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種用于?；芤禾崛〉膴A具系統(tǒng)，所述夾具系統(tǒng)包括夾具本體、轉(zhuǎn)動(dòng)裝置、定量取液裝置以及氣動(dòng)三爪卡盤裝置；所述夾具本體分為對(duì)稱兩半，所述轉(zhuǎn)動(dòng)裝置位于夾具本體內(nèi)，用于實(shí)現(xiàn)夾具本體對(duì)稱兩半之間的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)；所述夾具本體水平方向與氣動(dòng)三爪卡盤裝置連接，垂直方向下部與定量取液裝置連接。

進(jìn)一步的，所述夾具本體為正八邊形，所述對(duì)稱兩半形成的對(duì)稱面與水平面呈45°夾角。

進(jìn)一步的，還包括法蘭、多關(guān)節(jié)機(jī)械臂，所述夾具本體上部通過(guò)法蘭與多關(guān)節(jié)機(jī)械臂末端相連。

進(jìn)一步的，所述轉(zhuǎn)動(dòng)裝置包括旋轉(zhuǎn)氣缸、氣缸活塞，所述旋轉(zhuǎn)氣缸安裝于夾具本體上半部?jī)?nèi)，所述旋轉(zhuǎn)氣缸通過(guò)氣缸活塞與夾具本體下半部相連，通過(guò)旋轉(zhuǎn)氣缸180°轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)氣動(dòng)三爪卡盤裝置與定量取液裝置的工具轉(zhuǎn)換。

進(jìn)一步的，所述氣動(dòng)三爪卡盤裝置包括本體、三個(gè)卡爪、三個(gè)壓力傳感器，所述壓力傳感器安裝于卡爪內(nèi)側(cè)。

進(jìn)一步的，還包括三爪卡盤氣動(dòng)裝置，所述本體包括氣路、氣動(dòng)連接口及卡爪導(dǎo)向槽；所述本體通過(guò)氣動(dòng)連接口與三爪卡盤氣動(dòng)裝置連接。

進(jìn)一步的，所述氣動(dòng)三爪卡盤裝置采用不銹鋼材料，上鑲有防滑耐酸堿柔性材料。

進(jìn)一步的，所述定量取液裝置包括取液容器本體、檢測(cè)傳感裝置及定量取液氣動(dòng)裝置；所述取液容器本體外部設(shè)置有氣動(dòng)連接口；所述檢測(cè)傳感裝置設(shè)置在取液容器本體外部；所述取液容器本體內(nèi)部被移動(dòng)活塞從上至下依次分為氣體室和液體室；所述定量取液氣動(dòng)裝置通過(guò)氣動(dòng)連接口與取液容器本體相連。

進(jìn)一步的，還包括過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器、多關(guān)節(jié)機(jī)械臂PLC控制器，所述檢測(cè)傳感裝置通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器與多關(guān)節(jié)機(jī)械臂PLC控制器連接。

進(jìn)一步的，還包括多關(guān)節(jié)機(jī)械臂PLC控制器，所述三爪卡盤氣動(dòng)裝置、定量取液氣動(dòng)裝置均與多關(guān)節(jié)機(jī)械臂PLC控制器連接。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果如下：

本發(fā)明的夾具是一套復(fù)合夾具，集成夾取功能和液體提取功能，能一次完成物體夾取和液體抽取操作，減少中間環(huán)節(jié)，明顯提高工作效率；夾具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低，經(jīng)過(guò)抗腐蝕耐腐蝕處理，能在諸如核輻射等高危環(huán)境下穩(wěn)定工作；能實(shí)現(xiàn)危化溶液的快速精確提取，減少人工重復(fù)勞動(dòng)，滿足?；芤簷z測(cè)要求，顯著提高?；芤禾崛≠|(zhì)量；引入了先進(jìn)的自動(dòng)化技術(shù)和信息技術(shù)，提升了裝置的智能化水平，利于?；芤禾崛〔僮鬟^(guò)程的自動(dòng)化和標(biāo)準(zhǔn)化；能遠(yuǎn)程遙控操作，從而使人與危險(xiǎn)環(huán)境隔離，明顯降低了人的勞動(dòng)強(qiáng)度和安全風(fēng)險(xiǎn)，使人的工作環(huán)境得到較大改善。

多功能夾具本體采用正八邊形、對(duì)稱兩半可繞中心360°旋轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)，可將危化溶液夾取功能和提取功能有效集成，一次完成液體取液量杯夾取和液體定量抽取操作，減少夾具換裝等輔助時(shí)間。

多功能夾具采用模塊化法蘭設(shè)計(jì)、工業(yè)級(jí)PLC實(shí)時(shí)控制，其開(kāi)放性可與多種機(jī)械臂等自動(dòng)化設(shè)備無(wú)縫集成，形成非常柔性的危化溶液提取裝置，從而擴(kuò)大其應(yīng)用環(huán)境和應(yīng)用領(lǐng)域。

多功能夾具中的三爪卡盤裝置，采用三爪機(jī)械結(jié)構(gòu)、氣動(dòng)系統(tǒng)作為動(dòng)力，并加裝壓力傳感器作為夾取力檢測(cè)，可根據(jù)力度來(lái)進(jìn)行夾取操作，實(shí)現(xiàn)快速反應(yīng)、精準(zhǔn)力夾取。

多功能夾具中定量取液裝置，采用基于真空發(fā)生器組件的氣動(dòng)裝置作為動(dòng)力，使定量提取裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化、控制穩(wěn)定，同時(shí)采用基于固態(tài)電容組件的傳感器檢測(cè)液面位置，可精確到微米級(jí)，最終完成?；芤旱目焖倬_提取操作。

多功能夾具本體采用耐腐蝕不銹鋼材料，取液容器本體采用耐腐蝕玻璃鋼材料，并在局部敷設(shè)一層耐腐蝕防輻射的鉛皮材料和多離子織物柔性材料，從而全方位隔離夾具與外部輻射環(huán)境，保證多功能夾具在高危環(huán)境下常時(shí)間穩(wěn)定工作。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)工作原理圖。

圖2為本發(fā)明的系統(tǒng)組成框圖。

圖3為本發(fā)明的移動(dòng)機(jī)器人結(jié)構(gòu)圖。

圖4為本發(fā)明的移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)圖。

圖5為本發(fā)明的控制指令及傳遞過(guò)程網(wǎng)狀圖。

圖6為本發(fā)明的無(wú)線通訊系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D。

圖7為本發(fā)明的總控制臺(tái)系統(tǒng)軟硬件框架圖。

圖8為本發(fā)明的總控制臺(tái)軟硬件網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。

圖9為本發(fā)明的本發(fā)明的總控制臺(tái)外形結(jié)構(gòu)圖。

圖10為本發(fā)明的移動(dòng)小車系統(tǒng)模塊框圖。

圖11為本發(fā)明的移動(dòng)小車本體內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。

圖12為本發(fā)明的多關(guān)節(jié)機(jī)械臂系統(tǒng)模塊框圖。

圖13為本發(fā)明的夾具裝置系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

圖14為本發(fā)明的系統(tǒng)模塊框圖。

圖15為本發(fā)明的氣動(dòng)三爪卡盤結(jié)構(gòu)圖。

圖16為本發(fā)明的取液容器本體結(jié)構(gòu)圖。

圖17為本發(fā)明定量取液氣動(dòng)裝置圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。

根據(jù)?；芤旱奶攸c(diǎn)和自動(dòng)定量提取的流程，考慮操作安全性以及功能的可靠實(shí)現(xiàn)，設(shè)計(jì)一種基于移動(dòng)機(jī)器人的高危環(huán)境下?；芤鹤詣?dòng)定量提取系統(tǒng)，工作原理如圖1所示。整體采用控制機(jī)構(gòu)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)分離的思想，移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)放置在高危環(huán)境內(nèi)部，總控制臺(tái)作為控制機(jī)構(gòu)放在高危環(huán)境外部，不但適合一般溶液隨機(jī)定量提取要求，還適于放射性高、化學(xué)成分不確定、品種類型多、安全要求高的危化溶液隨機(jī)定量提取要求的場(chǎng)景，具有良好的靈活性。

如圖2所示：該系統(tǒng)包括總控制臺(tái)系統(tǒng)、無(wú)線通訊數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、移動(dòng)小車系統(tǒng)、多關(guān)節(jié)機(jī)械臂系統(tǒng)、多功能夾具系統(tǒng)、視覺(jué)超聲波檢測(cè)系統(tǒng)、?；芤捍鎯?chǔ)系統(tǒng)及電源系統(tǒng)等。其中，移動(dòng)小車系統(tǒng)、多關(guān)節(jié)機(jī)械臂系統(tǒng)、多功能夾具系統(tǒng)、?；芤捍鎯?chǔ)系統(tǒng)以及視覺(jué)超聲波檢測(cè)系統(tǒng)構(gòu)成移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)。

如圖3所示：所述移動(dòng)機(jī)器人包括移動(dòng)小車系統(tǒng)、多關(guān)節(jié)機(jī)械臂系統(tǒng)、夾具系統(tǒng)、視覺(jué)超聲波檢測(cè)系統(tǒng)及?；芤捍鎯?chǔ)系統(tǒng)，且多關(guān)節(jié)機(jī)械臂系統(tǒng)、夾具系統(tǒng)、視覺(jué)超聲波檢測(cè)系統(tǒng)、?；芤捍鎯?chǔ)系統(tǒng)均布置于移動(dòng)小車系統(tǒng)上；所述總控制臺(tái)系統(tǒng)基于通訊網(wǎng)絡(luò)與移動(dòng)小車系統(tǒng)通信連接，并通過(guò)移動(dòng)小車系統(tǒng)獲取移動(dòng)機(jī)器人上各系統(tǒng)狀態(tài)參數(shù)，同時(shí)發(fā)送取液信息和運(yùn)動(dòng)指令給移動(dòng)小車系統(tǒng)；所述移動(dòng)小車系統(tǒng)接收并轉(zhuǎn)發(fā)總控制臺(tái)系統(tǒng)發(fā)出的取液信息和運(yùn)動(dòng)指令，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)機(jī)器人在?；芤翰杉头胖镁€路上的移動(dòng)；所述移動(dòng)小車系統(tǒng)分別與多關(guān)節(jié)機(jī)械臂系統(tǒng)和?；芤捍鎯?chǔ)系統(tǒng)相連，所述多關(guān)節(jié)機(jī)械臂系統(tǒng)與夾具系統(tǒng)相連，所述視頻超聲波檢測(cè)系統(tǒng)通過(guò)通訊網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)與總控制臺(tái)系統(tǒng)通信連接。

圖4為移動(dòng)機(jī)器人的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)控制圖，總控制臺(tái)系統(tǒng)作為指令發(fā)送和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理中心，通過(guò)通訊模塊實(shí)時(shí)與移動(dòng)小車系統(tǒng)、多關(guān)節(jié)機(jī)械臂系統(tǒng)等主系統(tǒng)，視覺(jué)超聲波檢測(cè)系統(tǒng)、多功能夾具系統(tǒng)以及危化溶液存儲(chǔ)系統(tǒng)等輔助系統(tǒng)聯(lián)系起來(lái)，構(gòu)成高危環(huán)境下移動(dòng)機(jī)器人控制系統(tǒng)。

具體的，總控制臺(tái)系統(tǒng)通過(guò)有線與無(wú)線的混合局域網(wǎng)與無(wú)線通訊模塊連接，無(wú)線通訊模塊通過(guò)以太網(wǎng)接口與移動(dòng)小車系統(tǒng)的PLC控制器相連。移動(dòng)小車系統(tǒng)與多關(guān)節(jié)機(jī)械臂系統(tǒng)采用主從控制模式，即移動(dòng)小車系統(tǒng)的PLC控制器作為主站，多關(guān)節(jié)機(jī)械臂系統(tǒng)的PLC控制器作為從站，兩者通過(guò)Prifibus DP模塊接口連接，用于執(zhí)行移動(dòng)和操作行為，且多關(guān)節(jié)機(jī)械臂基座安裝在移動(dòng)小車頂部前端。?；芤捍鎯?chǔ)系統(tǒng)安裝在移動(dòng)小車頂部后端，其量杯重量傳感器和氣動(dòng)密封蓋電磁閥通過(guò)O/I模塊與移動(dòng)小車PLC控制器集成在一起，用于危化溶液安全存儲(chǔ)和搬運(yùn)。多功能夾具系統(tǒng)安裝在機(jī)械臂末端，其檢測(cè)傳感器、氣動(dòng)系統(tǒng)電磁閥等通過(guò)O/I模塊與機(jī)械臂控制器集成在一起，用于?；芤憾刻崛『蛫A取。安裝在移動(dòng)小車內(nèi)部的電源系統(tǒng)為主系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)提供移動(dòng)、操作、檢測(cè)所需的能量，由無(wú)線充電裝置、鋰離子電池組以及電源管理模塊等三部分組成，其中電源管理模塊為由MCU微控單元、PMIC電源管理集成電路以及各種傳感器組成的電源控制裝置。

圖5為本發(fā)明的控制指令及傳遞過(guò)程網(wǎng)狀圖，系統(tǒng)控制指令及傳遞過(guò)程描述為，工作時(shí)總控制臺(tái)通過(guò)指令輸入與發(fā)送模塊經(jīng)無(wú)線傳輸裝置發(fā)送?；芤禾崛?shù)信號(hào)、動(dòng)作指令信號(hào)給移動(dòng)小車系統(tǒng)、視覺(jué)超聲波檢測(cè)系統(tǒng)以及電源系統(tǒng)，三大系統(tǒng)及其輔助系統(tǒng)自檢無(wú)誤后開(kāi)始工作。移動(dòng)小車按照指令移動(dòng)，完成規(guī)定任務(wù)后發(fā)送動(dòng)作指令給多關(guān)節(jié)機(jī)械臂，使機(jī)械臂進(jìn)行相應(yīng)的危化溶液提取與抓取操作，機(jī)械臂動(dòng)作的同時(shí)危化溶液存儲(chǔ)系統(tǒng)按照移動(dòng)小車的控制指令配合機(jī)械臂工作。另外，視覺(jué)超聲波檢測(cè)系統(tǒng)將現(xiàn)場(chǎng)采集到的視頻信息和超聲波數(shù)據(jù)采集信息返回給主控臺(tái)。電源系統(tǒng)給各個(gè)子系統(tǒng)供電，并把電池狀態(tài)反饋給總控臺(tái)。

圖6為無(wú)線通訊系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D，在高危環(huán)境內(nèi)外，構(gòu)建基于IEEE 802.11b/g/a/h通訊協(xié)議的WIFI無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)WIFI無(wú)線網(wǎng)絡(luò)為數(shù)據(jù)載體，連接總控制臺(tái)、移動(dòng)小車系統(tǒng)、多關(guān)節(jié)機(jī)械臂系統(tǒng)、視覺(jué)超聲波檢測(cè)系統(tǒng)等，構(gòu)成高危環(huán)境下的控制數(shù)據(jù)、視頻數(shù)據(jù)、狀態(tài)數(shù)據(jù)等傳輸?shù)挠行ǖ馈?/p>

通訊系統(tǒng)主要由無(wú)線AP、無(wú)線數(shù)據(jù)收發(fā)裝置、局域網(wǎng)等組成，其中局域網(wǎng)是基于IEEE802.3通訊協(xié)議構(gòu)建的以太網(wǎng)，總控制臺(tái)通過(guò)有線的方式直接連接局域網(wǎng)；無(wú)線AP和無(wú)線數(shù)據(jù)收發(fā)裝置為可尋址的裝置，無(wú)線AP通過(guò)有線方式直接連接局域網(wǎng)，無(wú)線通訊裝置一端與移動(dòng)小車系統(tǒng)、視覺(jué)超聲波檢測(cè)系統(tǒng)、電源系統(tǒng)等通過(guò)以太網(wǎng)接口連接，另一端通過(guò)WIFI網(wǎng)絡(luò)與AP無(wú)線連接，從而實(shí)現(xiàn)控制數(shù)據(jù)、視頻數(shù)據(jù)、狀態(tài)數(shù)據(jù)的高速傳輸。

圖7為本發(fā)明的總控制臺(tái)系統(tǒng)軟硬件框架圖，總控制臺(tái)由顯示器、主控計(jì)算機(jī)、實(shí)時(shí)通訊服務(wù)器、數(shù)據(jù)服務(wù)器、視頻服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)通訊模塊等硬件和監(jiān)控應(yīng)用系統(tǒng)、后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)、服務(wù)軟件等軟件構(gòu)成。通過(guò)有線與無(wú)線混合局域網(wǎng)的方式與移動(dòng)小車系統(tǒng)、多關(guān)節(jié)機(jī)械臂系統(tǒng)、?；芤捍鎯?chǔ)系統(tǒng)、視覺(jué)超聲波檢測(cè)系統(tǒng)等實(shí)時(shí)通訊，獲取其狀態(tài)參數(shù)，同時(shí)發(fā)送取液信息和運(yùn)動(dòng)指令給各個(gè)模塊，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)機(jī)器人的遠(yuǎn)程遙控。

監(jiān)控應(yīng)用系統(tǒng)基于Windows平臺(tái)開(kāi)發(fā)，安裝在主控計(jì)算機(jī)上，具有基礎(chǔ)數(shù)據(jù)維護(hù)模塊、取液信息輸入和指令發(fā)送模塊、移動(dòng)機(jī)器人工作狀態(tài)監(jiān)控模塊、視覺(jué)超聲波監(jiān)控模塊、安全防護(hù)報(bào)警模塊以及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通訊模塊等六大模塊。

圖8為總控制臺(tái)系統(tǒng)的軟硬件網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，主控計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)服務(wù)器、視頻服務(wù)器等以總線的形式連接在以太網(wǎng)上，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通訊模塊，主控計(jì)算機(jī)與各個(gè)服務(wù)器實(shí)時(shí)通訊，便于監(jiān)控軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢和處理。實(shí)時(shí)通訊服務(wù)器上面安裝有通訊服務(wù)軟件，及時(shí)抓取主控計(jì)算機(jī)下達(dá)的指令給各個(gè)子系統(tǒng)，同時(shí)抓取各個(gè)子系統(tǒng)反饋的狀態(tài)數(shù)據(jù)和傳感數(shù)據(jù)，并存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)服務(wù)器和視頻服務(wù)器上。數(shù)據(jù)服務(wù)器上安裝關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)，為監(jiān)控軟件提供數(shù)據(jù)存儲(chǔ)支撐，實(shí)時(shí)存儲(chǔ)各項(xiàng)操作數(shù)據(jù)、反饋數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)維護(hù)數(shù)據(jù)、安全運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)、發(fā)送指令歷史數(shù)據(jù)等。視頻服務(wù)器實(shí)時(shí)存儲(chǔ)視覺(jué)超聲波系統(tǒng)采集到的視頻信息和超聲波高度檢測(cè)信息。

圖9為本發(fā)明的總控制臺(tái)的一種外形結(jié)構(gòu)圖，采用人機(jī)工程學(xué)思想設(shè)計(jì)外觀，由兩個(gè)顯示器、一個(gè)操作臺(tái)以及總控臺(tái)殼體組成，其中兩個(gè)顯示器一個(gè)用于可視化監(jiān)控，一個(gè)用于控制指令發(fā)送和接收；總控臺(tái)殼體由不銹鋼材料制成，表面敷設(shè)1毫米厚鉛皮，起防輻射、耐腐蝕作用。

圖10為本發(fā)明的移動(dòng)小車系統(tǒng)模塊框圖，移動(dòng)小車系統(tǒng)作為整個(gè)系統(tǒng)的移動(dòng)裝置，包括機(jī)械本體、控制模塊、驅(qū)動(dòng)模塊、導(dǎo)航模塊、通訊模塊等五個(gè)主要部分。所述移動(dòng)小車系統(tǒng)包括機(jī)械本體、控制模塊、驅(qū)動(dòng)模塊、導(dǎo)航模塊及通訊模塊；所述機(jī)械本體用于提供移動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的物理結(jié)構(gòu)；所述控制模塊通過(guò)通訊模塊和總控制臺(tái)系統(tǒng)相連，所述控制模塊通過(guò)驅(qū)動(dòng)模塊與機(jī)械本體相連；所述導(dǎo)航模塊與控制模塊相連。

圖11為本發(fā)明的移動(dòng)小車系統(tǒng)本體內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖，移動(dòng)小車機(jī)械本體，由小車本體、轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)以及傳感部件組成，其中小車本體呈長(zhǎng)方體形狀，車體框架采用鋁合金型材，進(jìn)行全封閉放輻射處理，車體外部敷設(shè)1~2mm厚的鉛皮作為屏蔽材料；小車頂部為主要承載部分，靠前位置有沿圓周均布四個(gè)螺紋孔的多關(guān)節(jié)機(jī)械臂安裝孔，通過(guò)螺栓連接使移動(dòng)小車與多關(guān)節(jié)機(jī)械臂的基座固定板連在一起；車體頂部靠后位置有?；芤捍鎯?chǔ)裝置安裝座，通過(guò)螺栓與危化溶液存儲(chǔ)裝置上的安裝座剛性連接；車體左右兩邊底部分布有兩對(duì)對(duì)稱的四個(gè)麥克拉姆輪，構(gòu)成小車的移動(dòng)部分；車體正右側(cè)布置有信號(hào)收發(fā)天線，信號(hào)收發(fā)天線與小車內(nèi)部的無(wú)線通訊裝置連接，構(gòu)成小車的無(wú)線通訊模塊。

小車內(nèi)部根據(jù)合理利用空間的原則，為三層安裝結(jié)構(gòu)，邏輯連接關(guān)系參見(jiàn)“移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)圖”，第一層為上層，主要為多關(guān)節(jié)機(jī)械臂的控制部件、無(wú)線通訊裝置和視覺(jué)超聲波處理裝置，具體多關(guān)節(jié)機(jī)械臂的控制部件包括1個(gè)多關(guān)節(jié)機(jī)械臂控制器、1個(gè)運(yùn)動(dòng)控制模塊、4個(gè)機(jī)械臂關(guān)節(jié)的伺服驅(qū)動(dòng)器，無(wú)線通訊裝置為1套基于無(wú)線WIFI的無(wú)線通訊裝置，視覺(jué)超聲波處理裝置為1套基于CCD相機(jī)和超聲波的位置檢測(cè)裝置；第二層為中間層，主要為移動(dòng)小車的控制部件、氣動(dòng)系統(tǒng)，具體移動(dòng)小車的控制部件包括1個(gè)移動(dòng)小車控制器、1個(gè)運(yùn)動(dòng)控制模塊、4個(gè)移動(dòng)小車輪子的伺服驅(qū)動(dòng)器，氣動(dòng)系統(tǒng)包括1套?；芤捍鎯?chǔ)裝置氣動(dòng)裝置，1套多功能夾具裝置三爪氣動(dòng)夾具氣動(dòng)裝置， 1套多功能夾具裝置定量取液裝置的氣動(dòng)裝置；第三層為底層，為各個(gè)裝置提供動(dòng)力的電源裝置，具體的有一組鋰電池串和1個(gè)電源管理裝置。小車底部四角方向布置有4個(gè)麥克拉姆輪伺服電機(jī)和電機(jī)減速器、中間位置布置有一套磁感應(yīng)導(dǎo)航用的導(dǎo)航傳感器和地標(biāo)傳感器、一個(gè)無(wú)線充電接收器。

移動(dòng)小車轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)采用基于麥克拉姆輪的四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)的方式進(jìn)行小車運(yùn)動(dòng)控制。麥克拉姆輪由兩個(gè)輪轂和一定數(shù)量的小輥?zhàn)咏M成，采用兩端支撐結(jié)構(gòu)，小輥?zhàn)虞S線與輪轂軸線夾角為±45°，兩者材料均采用耐腐蝕防輻射材料。四個(gè)麥克拉姆輪中兩個(gè)左旋結(jié)構(gòu)和兩個(gè)右旋結(jié)構(gòu)，以兩左兩右四輪對(duì)稱布置的方式安裝在移動(dòng)小車車體左右兩邊；每個(gè)麥克拉姆輪與一個(gè)直流伺服電機(jī)和電機(jī)減速器直連，通過(guò)對(duì)四個(gè)輪子不同的速度控制，實(shí)現(xiàn)小車不同方向的運(yùn)動(dòng)。

控制模塊：包括PLC控制器和運(yùn)動(dòng)控制模塊，移動(dòng)小車采用PLC控制器加運(yùn)動(dòng)控制模塊等方式進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制，其中PLC主要負(fù)責(zé)與總控制臺(tái)通訊，通過(guò)WIFI通訊方式及時(shí)接收總控制臺(tái)發(fā)出的控制指令和反饋小車運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)；運(yùn)動(dòng)控制模塊負(fù)責(zé)執(zhí)行PLC接收的信號(hào)指令，對(duì)移動(dòng)小車反饋的導(dǎo)航信號(hào)、位置信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理和計(jì)算，輸出控制信號(hào)給直流伺服驅(qū)動(dòng)器。另外，移動(dòng)小車整體采用上位機(jī)與下位機(jī)結(jié)合的開(kāi)放式控制模式，其中上位機(jī)為總控制臺(tái)系統(tǒng)，下位機(jī)為移動(dòng)小車系統(tǒng)的PLC控制器。

驅(qū)動(dòng)模塊：移動(dòng)小車驅(qū)動(dòng)采用直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和直流伺服電機(jī)，直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器一端與移動(dòng)小車PLC控制器中的運(yùn)動(dòng)控制模塊相連，一端與直流伺服電機(jī)相連。PLC控制器的運(yùn)動(dòng)控制模塊發(fā)送數(shù)字量高速脈沖信號(hào)給伺服驅(qū)動(dòng)器，伺服驅(qū)動(dòng)器采用位置控制模式根據(jù)控制信號(hào)和伺服電機(jī)反饋的信號(hào)產(chǎn)生脈沖形式的PWM信號(hào)，經(jīng)功率放大后驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)，伺服電機(jī)根據(jù)伺服驅(qū)動(dòng)器發(fā)出的脈沖和方向信號(hào)進(jìn)行啟動(dòng)、停止、反轉(zhuǎn)以及變速等動(dòng)作。

導(dǎo)航模塊：該模塊由磁傳感器和鋪設(shè)在地面的磁條組成，其中磁傳感器分為磁導(dǎo)傳感器和磁地標(biāo)傳感器，磁條分為導(dǎo)引磁條和地標(biāo)磁條。磁感應(yīng)對(duì)高危環(huán)境的敏感度不高，故采用磁條導(dǎo)航的方式設(shè)計(jì)移動(dòng)小車的導(dǎo)航模塊，小車底部靠前位置安裝有磁導(dǎo)航傳感器和地標(biāo)傳感器，用于檢測(cè)在地面預(yù)定鋪設(shè)的導(dǎo)引磁條和地標(biāo)磁條。移動(dòng)小車運(yùn)行時(shí)，磁導(dǎo)航傳感器垂直于磁條上方一定距離，采集磁條的磁場(chǎng)強(qiáng)度，判斷磁條相對(duì)于磁導(dǎo)航傳感器偏離位置，據(jù)此移動(dòng)小車自動(dòng)調(diào)整，確保沿磁條前行。地標(biāo)傳感器不斷讀取地標(biāo)磁條，并據(jù)此判斷運(yùn)行位置和改變運(yùn)行狀態(tài)。地標(biāo)磁條垂直于導(dǎo)航磁條方向，貼在導(dǎo)航磁條旁邊的地面上。

通訊模塊：由無(wú)線通訊裝置和信號(hào)收發(fā)天線組成，其中無(wú)線通訊裝置為無(wú)線數(shù)據(jù)收發(fā)裝置，安裝在移動(dòng)小車內(nèi)部第一層，信號(hào)收發(fā)天線安裝在移動(dòng)小車外部右側(cè)。無(wú)線通訊模塊一端采用無(wú)線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議IEEE 802.11b/g/a/h，與總控制臺(tái)實(shí)時(shí)無(wú)線連接，及時(shí)獲取總控臺(tái)發(fā)出的取液指令和運(yùn)動(dòng)指令，同時(shí)將移動(dòng)小車以及關(guān)聯(lián)系統(tǒng)的狀態(tài)及時(shí)報(bào)告給總控臺(tái)。無(wú)線通訊模塊另一端與移動(dòng)小車PLC控制器通過(guò)以太網(wǎng)口相連，及時(shí)將總控臺(tái)發(fā)出的取液指令和運(yùn)動(dòng)指令傳遞給移動(dòng)小車PLC，同時(shí)將移動(dòng)小車PLC收到的反饋信號(hào)傳遞給總控制臺(tái)。

圖12為本發(fā)明的多關(guān)節(jié)機(jī)械臂系統(tǒng)模塊框圖，所述多關(guān)節(jié)機(jī)械臂系統(tǒng)是根據(jù)高危環(huán)境?；芤憾刻崛√攸c(diǎn)設(shè)計(jì)的一個(gè)集機(jī)械、控制、電氣于一體的開(kāi)鏈連桿式和直角坐標(biāo)式混合型關(guān)節(jié)機(jī)器人，工作范圍最遠(yuǎn)達(dá)到2米，通過(guò)螺栓安裝在移動(dòng)小車頂部，與移動(dòng)小車協(xié)作完成危化溶液提起、危化溶液轉(zhuǎn)運(yùn)、?；芤悍胖玫裙ぷ?。主要包括機(jī)械本體、伺服驅(qū)動(dòng)以及運(yùn)動(dòng)控制部分。

機(jī)械本體由執(zhí)行單元、機(jī)械臂本體、傳感部件組成。執(zhí)行單元由伺服電機(jī)、減速器、軸承及軸承座等部件組成。傳感部件為檢測(cè)各個(gè)軸伺服電機(jī)的角度、轉(zhuǎn)速、電流、電壓等參數(shù)的傳感器。機(jī)械臂本體由基座、底座、大臂、小臂以及末端伸縮軸構(gòu)成，共有四個(gè)自由度，其中基座與底座、底座與大臂、大臂與小臂之間為轉(zhuǎn)動(dòng)副，小臂與末端伸縮軸之間為移動(dòng)副，且小臂與末端伸縮軸之間夾角保持為90°。

機(jī)械臂基座采用矩形截面的中空鋁制鑄件，內(nèi)部安裝底座的直流伺服驅(qū)動(dòng)電機(jī)、減速器、軸承以及軸承座等零部件，基座底部為一帶有沿圓周均布四個(gè)螺紋孔的固定板，此固定板與移動(dòng)小車上的多關(guān)節(jié)臂安裝孔通過(guò)螺栓剛性連接在一起。底座采用圓形截面的中空鋁制鑄件，內(nèi)部安裝有大臂的直流伺服驅(qū)動(dòng)電機(jī)、減速器、軸承以及軸承座等零部件。大臂采用圓形截面的中空薄壁鋁制鑄件，內(nèi)部安裝有小臂的直流伺服驅(qū)動(dòng)電機(jī)、減速器、軸承以及軸承座等零部件。小臂采用圓形截面的實(shí)心鋁制鑄件，末尾安裝有末端伸縮軸的執(zhí)行部件，即伺服電機(jī)、同步帶、螺母滾珠絲杠等零部件。末端伸縮軸由伺服電機(jī)、同步帶、螺母滾珠絲杠和末端執(zhí)行器組成，在滾珠絲杠運(yùn)動(dòng)副里面采用螺母驅(qū)動(dòng)的方式，使絲杠螺母在直流伺服電機(jī)經(jīng)同步帶驅(qū)動(dòng)下產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)絲杠進(jìn)行垂直方向的直線運(yùn)動(dòng)。

機(jī)械本體各個(gè)軸及伺服電機(jī)表面均敷設(shè)鉛皮，放置在移動(dòng)小車外部；控制部分和伺服驅(qū)動(dòng)部分放置在移動(dòng)小車內(nèi)部，減輕輻射的影響。

如圖13-圖16所示，所述多功能夾具裝置，是一個(gè)集定量取液和夾取搬運(yùn)功能于一體的電、氣控制裝置，通過(guò)螺栓剛性安裝在多關(guān)節(jié)機(jī)械臂末端，外觀和內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖13所示。所述夾具本體正面呈正八邊形，分為對(duì)稱兩半，對(duì)稱面與水平面成45°夾角。夾具本體上部通過(guò)法蘭連接在多關(guān)節(jié)機(jī)械臂第四軸末端，下部在水平方向上安裝一個(gè)自定心三爪卡盤裝置，在垂直方向上安裝一個(gè)定量取液裝置。所述轉(zhuǎn)動(dòng)裝置由旋轉(zhuǎn)氣缸、氣缸活塞、氣缸固定件、消聲器、位置傳感器等組成，旋轉(zhuǎn)氣缸通過(guò)氣缸固定件安裝在夾具本體上半部?jī)?nèi)，氣缸活塞與夾具本體下半部固定相連，工作時(shí)由旋轉(zhuǎn)氣缸提供動(dòng)力，通過(guò)氣缸180°轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)夾具本體兩半之間相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)三爪卡盤裝置與定量取液裝置的工具轉(zhuǎn)換。位置傳感器用來(lái)檢測(cè)氣缸活塞是否轉(zhuǎn)動(dòng)了180°位置，并將到位信息傳遞給多關(guān)節(jié)機(jī)械臂PLC控制器。所述氣動(dòng)三爪卡盤裝置，為圓柱形氣動(dòng)自定心三爪裝置，由本體、3個(gè)卡爪、3個(gè)壓力傳感器、一套氣動(dòng)裝置組成。三爪卡盤通過(guò)工字形法蘭螺紋連接在八邊形夾具本體一邊上，非工作狀態(tài)時(shí)三爪卡盤軸線與地面平行，工作狀態(tài)時(shí)三爪卡盤軸線與地面垂直。所述定量取液裝置，包括一個(gè)取液容器本體、一套檢測(cè)傳感裝置、一套氣動(dòng)裝置。

取液容器本體是一個(gè)圓柱狀耐腐蝕玻璃鋼容器，本體左側(cè)上部有一個(gè)氣動(dòng)系統(tǒng)連接口，本體右側(cè)為液面位置檢測(cè)傳感裝置，本體內(nèi)部被移動(dòng)活塞分為上、下容器室。上容器室為氣體室，里面安裝兩個(gè)彈簧固定端子和一個(gè)壓縮彈簧，可保證氣體室穩(wěn)定有效工作。下容器室為液體室，用于盛放提取的?；芤骸１倔w中間為移動(dòng)活塞，活塞兩頭放置密封圈，密封圈可有效保證氣體室與液體室的隔斷。

多功能夾具裝置包括一個(gè)夾具本體、一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)裝置、一個(gè)氣動(dòng)三爪卡盤裝置以及一個(gè)定量取液裝置。

多功能夾具裝置由機(jī)械臂PLC控制器控制，動(dòng)作過(guò)程描述為多關(guān)節(jié)機(jī)械臂PLC控制器接收到移動(dòng)小車PLC控制器發(fā)送的取液指令或抓取指令，若為取液指令，則多關(guān)節(jié)機(jī)械臂控制器控制轉(zhuǎn)動(dòng)裝置將定量取液裝置轉(zhuǎn)到豎直向下的位置，再控制定量取液裝置的氣動(dòng)電磁閥打開(kāi)，則危化溶液逐漸進(jìn)入定量取液裝置。與此同時(shí)，定量取液裝置中的氣體流量信息、壓力信息、?；芤焊叨刃畔⑼ㄟ^(guò)相應(yīng)傳感器快速反饋到多關(guān)節(jié)機(jī)械臂控制器，達(dá)到設(shè)定量后停止動(dòng)作。若為抓取指令，則多關(guān)節(jié)機(jī)械臂控制器控制轉(zhuǎn)動(dòng)裝置將三爪卡盤裝置轉(zhuǎn)到豎直向下的位置，再控制三爪卡盤氣動(dòng)電磁閥打開(kāi)，實(shí)現(xiàn)三爪卡盤的張開(kāi)和收緊，達(dá)到抓取的目的，與此同時(shí)，三爪卡盤裝置中的卡夾取壓力信息通過(guò)相應(yīng)傳感器快速反饋到多關(guān)節(jié)機(jī)械臂控制器，與氣動(dòng)電磁閥配合，實(shí)現(xiàn)抓取力的精確控制。

三爪卡盤氣動(dòng)裝置包括一個(gè)3位5通數(shù)字式電磁閥、兩個(gè)雙向速度控制閥、一個(gè)壓力控制閥以及管線。氣路連接關(guān)系為，首先一條氣路通過(guò)管線與壓力控制閥相連，再與電磁閥相連，分成兩條氣路，接著兩條氣路管線與兩個(gè)雙向速度控制閥相連，最后兩條管線與本體上的氣動(dòng)連接口相連。其中數(shù)字式電磁閥與多關(guān)節(jié)機(jī)械臂的PLC控制器相連，通過(guò)多關(guān)節(jié)機(jī)械臂的PLC控制器控制數(shù)字式電磁閥，進(jìn)而控制整條氣路的通斷，實(shí)現(xiàn)卡爪同時(shí)收緊和張開(kāi)的功能。氣動(dòng)裝置安裝在移動(dòng)小車內(nèi)部第二層。

如圖17所示，檢測(cè)傳感裝置是一套液面位置檢測(cè)傳感器，呈長(zhǎng)條狀，粘貼在取液容器本體右側(cè)，用來(lái)檢測(cè)液體抽取過(guò)程中液面的高度信息，經(jīng)數(shù)據(jù)處理和轉(zhuǎn)換后傳遞給多關(guān)節(jié)機(jī)械臂的PLC控制器。液面位置檢測(cè)傳感器是由粘接劑、固態(tài)電容組件、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換電路等組成的液面檢測(cè)裝置，固態(tài)電容組件由N組固態(tài)鋁電解電容經(jīng)一定組合而成，可根據(jù)液位的高度變化發(fā)生電容大小變化，再經(jīng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換電路將電容大小變化轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，從而實(shí)現(xiàn)液位的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。固態(tài)電容組件通過(guò)粘接劑粘貼在取液容器本體右側(cè)，外面敷設(shè)一層耐腐蝕防輻射的鉛皮材料。

定量取液氣動(dòng)裝置包括一個(gè)3位3通數(shù)字式電磁閥、一個(gè)真空發(fā)生器組件、一個(gè)雙向速度控制閥、一個(gè)流量傳感器、一個(gè)氣壓傳感器以及管線，其中3位3通數(shù)字式電磁閥有兩個(gè)出氣口，真空發(fā)生器組件有一個(gè)進(jìn)氣口，一個(gè)出氣口。氣動(dòng)裝置的連接方式為電磁閥其中一個(gè)出氣口與真空發(fā)生器組件的進(jìn)氣口相連，另一個(gè)出氣口與真空發(fā)生器組件的出氣口相連，同時(shí)真空發(fā)生器組件的出氣口與速度控制閥相連，中間連接一個(gè)監(jiān)控氣路中氣體流速的流量傳感器，速度控制閥取液容器本體相連，中間連接一個(gè)監(jiān)控氣路壓力的氣壓傳感器。氣動(dòng)裝置有一個(gè)氣源進(jìn)氣口和一個(gè)出氣口，氣源進(jìn)氣口連接外部氣源，出氣口與定量取液裝置中的取液容器本體相連，氣動(dòng)裝置中的數(shù)字式電磁閥的控制端與多關(guān)節(jié)機(jī)械臂的PLC控制器相連，實(shí)現(xiàn)多關(guān)節(jié)機(jī)械臂的PLC控制氣動(dòng)裝置氣路的通斷。氣動(dòng)裝置的工作方式為氣源經(jīng)電磁閥流過(guò)真空發(fā)生器組件時(shí)產(chǎn)生正壓或負(fù)壓，使取液容器本體氣體室內(nèi)的壓力大于或小于液體室內(nèi)的壓力，活塞在壓力差作用下向下或向上移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)液體的精確提取和排出。氣動(dòng)裝置安裝在移動(dòng)小車內(nèi)部第二層。

對(duì)于具體實(shí)施方式的理解的描述僅僅是為幫助理解本發(fā)明，而不是用來(lái)限制本發(fā)明的。本領(lǐng)域技術(shù)人員均可以利用本發(fā)明的思想進(jìn)行一些改動(dòng)和變化，只要其技術(shù)手段沒(méi)有脫離本發(fā)明的思想和要點(diǎn)，仍然在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。