本實用新型涉及自動化領(lǐng)域，具體說是一種用于?；芤禾崛〉奈；芤捍鎯ο到y(tǒng)。

背景技術(shù)：

生產(chǎn)制造、醫(yī)療衛(wèi)生、核試驗與核電、冶金化工等行業(yè)諸多場所會產(chǎn)生大量組分復(fù)雜、濃度不均、腐蝕性大、放射性高的危化溶液，對人、動物以及環(huán)境極易造成嚴(yán)重傷害。此類?；芤阂话悴捎酶綦x的辦法存儲在封閉空間中，經(jīng)過收集存儲、取樣檢測、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。?；芤旱娜訖z測是處理過程中非常重要的環(huán)節(jié)，此階段將對?；芤旱某煞旨昂窟M(jìn)行檢測，只有充分檢測后才能找到有效的?；芤禾幚矸椒ǎ挥薪?jīng)過嚴(yán)格處理后才能將其危害降低到最低。

危化溶液取樣檢測時需采用先進(jìn)的方法和手段少量提取溶液，進(jìn)行成分和含量分析。從已公開的記錄和資料來看，大部分?；芤禾崛〔捎玫氖腔谡婵瘴〉姆绞綐?gòu)建的固定危化溶液提取裝置，該裝置主要由真空泵、吸取管、控制開關(guān)以及攝像頭等組成，與?；芤禾幚碓O(shè)備一起固定在某個地方，在人工的參與下完成?；芤旱奶崛。擃愌b置出于穩(wěn)定性考慮幾乎沒有采用精確提取控制的措施，所以難以實現(xiàn)?；芤旱亩亢碗S機(jī)抽檢。缺少靈活的提取手段和無法精確定量提取等問題成為制約?；芤禾幚硇侍嵘钠款i，由于采用的是固定式溶液提取裝置，不能自由移動操作，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法勝任抽檢工作，嚴(yán)重時造成?；芤禾幚頃和?，生產(chǎn)線停機(jī)，帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

危化溶液檢測提取采用固定式自動提取設(shè)備，與其他?；芤簷z測設(shè)備配合使用，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高，基本不具有便于攜帶與移動的?；芤捍鎯δ?，也不能與諸如機(jī)器人等自動化設(shè)備有效集成，柔性很差。當(dāng)需要抽檢少量危化溶液組份及含量時，一般需要人工攜帶臨時存儲危化溶液的提液裝置進(jìn)入高危環(huán)境，不僅作業(yè)效率低下，還帶來巨大的安全隱患，缺少安全、高效、柔性的?；芤捍鎯ρb置。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為克服現(xiàn)有技術(shù)存在的以上問題，本實用新型提供了一種用于?；芤禾崛〉奈；芤捍鎯ο到y(tǒng)， 該系統(tǒng)能與諸如機(jī)器人等自動化設(shè)備有效集成，成為高效、柔性的?；芤捍鎯ο到y(tǒng)。

本實用新型由以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種用于危化溶液提取的?；芤捍鎯ο到y(tǒng)，其特征在于：包括存儲本體、取液量杯、重量傳感器以及氣動裝置；所述取液量杯置于于存儲本體中；所述重量傳感器置于取液量杯底部；所述氣動裝置一端與移動小車PLC控制器相連，另一端與存儲本體相連；所述重量傳感器與移動小車PLC控制器相連。

進(jìn)一步的，所述存儲本體包括容腔本體、活動氣缸、連桿機(jī)構(gòu)、密封頂蓋、密封軟墊；所述取液量杯放置于容腔本體內(nèi)；所述密封頂蓋通過連桿機(jī)構(gòu)與活動氣缸相連；所述密封軟墊位于密封頂蓋底部，當(dāng)密封頂蓋關(guān)閉時，用于密封取液量杯的杯口。

進(jìn)一步的，所述活動氣缸由氣動活塞、氣缸缸體及氣動連接口組成，氣動活塞與連桿機(jī)構(gòu)通過鉸鏈形成轉(zhuǎn)動副；氣缸缸體上布置有氣動連接口，用于連接氣動裝置；氣缸缸體底部與容腔本體后端面通過鉸鏈形成轉(zhuǎn)動副。

進(jìn)一步的，所述氣動裝置包括數(shù)字式電磁閥、雙向速度控制閥、壓力控制閥；所述數(shù)字式電磁閥與移動小車PLC控制器相連；所述氣動連接口分別與壓力控制閥和雙向速度控制閥連接。

進(jìn)一步的，所述重量傳感器通過A/D轉(zhuǎn)換器與機(jī)械臂移動小車PLC控制器相連。

進(jìn)一步的，所述存儲本體為耐腐蝕耐輻射的不銹鋼，表面敷設(shè)有鉛皮。

進(jìn)一步的，所述存儲本體還包括漏液回收槽、漏液回收杯，所述漏液回收槽分布在容腔本體上端面取液量杯圓周附近，與漏液回收杯配合收集漏掉的?；芤?/p>

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的有益效果如下：

本實用新型能夠?qū)ξ；芤哼M(jìn)行長期全密封，便于運輸和處理；結(jié)構(gòu)簡單、成本低，經(jīng)過抗輻射耐腐蝕處理，能在不同環(huán)境下穩(wěn)定工作；引入了先進(jìn)的自動化技術(shù)和信息技術(shù)，提升了裝置的智能化水平，利于危化溶液運輸過程的有效管控；能遠(yuǎn)程遙控操作，從而使人與危險環(huán)境隔離，明顯降低了人的勞動強(qiáng)度和安全風(fēng)險，使人的工作環(huán)境得到較大改善；擴(kuò)展性好，能與移動小車、機(jī)械臂等有效集成，從而擴(kuò)展其使用領(lǐng)域。

通過活動氣缸與連桿機(jī)構(gòu)鉸鏈相連，利用一大一小的長方體凸起作支撐，在氣動裝置的協(xié)調(diào)控制下有效完成密封頂蓋的封閉和打開動作，結(jié)構(gòu)設(shè)計簡單緊湊、整體尺寸較小、動作響應(yīng)快速。

設(shè)計與存儲裝置本體容腔配套的采用透明鋼化玻璃材質(zhì)取液量杯，來存儲不同種類的液體，并采用圓板型電阻應(yīng)變式重量傳感器通過螺紋連接固定在取液量杯容腔底部，可時刻監(jiān)測取液量杯中危化溶液的動態(tài)重量，實現(xiàn)危化溶液的精確定量存儲。

移動小車PLC控制器通過氣動裝置控制危化溶液存儲裝置上的密封頂蓋的關(guān)閉和開啟，并通過高性能重量傳感器實時獲得取液量杯中?；芤旱闹亓?，形成封閉的柔性控制系統(tǒng)，保證存儲過程的全自動柔性控制。

在取液量杯上設(shè)計內(nèi)高外低的防漏橡膠密封圈，下面放置起緩沖和密封作用的支撐軟墊，同時在容腔本體上端面設(shè)計倒梯形漏液回收槽以及在容腔本體兩側(cè)漏液回收槽正下方位置設(shè)計漏液回收杯，如此防漏設(shè)計能防止?；芤哼M(jìn)入容腔內(nèi)部，保護(hù)重量傳感器，并及時回收漏掉的?；芤?。

存儲本體采用耐腐蝕的不銹鋼，并在表面敷設(shè)有鉛皮材料進(jìn)行防輻處理，從而使重要部件與外部環(huán)境隔離，保證存儲裝置在較為惡劣的環(huán)境下常時間穩(wěn)定工作。

附圖說明

圖1為本實用新型的系統(tǒng)工作原理圖。

圖2為本實用新型的系統(tǒng)組成框圖。

圖3為本實用新型的移動機(jī)器人結(jié)構(gòu)圖。

圖4為本實用新型的移動機(jī)器人系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)圖。

圖5為本實用新型的控制指令及傳遞過程網(wǎng)狀圖。

圖6為本實用新型的無線通訊系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D。

圖7為本實用新型的總控制臺系統(tǒng)軟硬件框架圖。

圖8為本實用新型的總控制臺軟硬件網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。

圖9為本實用新型的本實用新型的總控制臺外形結(jié)構(gòu)圖。

圖10為本實用新型的移動小車系統(tǒng)模塊框圖。

圖11為本實用新型的移動小車本體內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。

圖12為本實用新型的多關(guān)節(jié)機(jī)械臂系統(tǒng)模塊框圖。

圖13為本實用新型的夾具裝置系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

圖14為本實用新型的視覺超聲波檢測組成及原理圖。

圖15為本實用新型的危化溶液存儲系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

圖16為本實用新型的防漏設(shè)計與容腔內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。

圖17為本實用新型的連接示意圖。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖和具體實施方式進(jìn)一步說明本實用新型。

根據(jù)危化溶液的特點和自動定量提取的流程，考慮操作安全性以及功能的可靠實現(xiàn)，設(shè)計一種基于移動機(jī)器人的高危環(huán)境下?；芤鹤詣佣刻崛∠到y(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，總控制臺作為控制機(jī)構(gòu)放在高危環(huán)境外部，總控制臺通過無線網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)實時控制高危環(huán)境中的移動機(jī)器人系統(tǒng)，完成抽取指令傳遞與實時數(shù)據(jù)通訊、檢測液放液器自動抓取和放置、行進(jìn)路徑自動規(guī)劃、多品種?；芤鹤詣佣ㄎ缓投刻崛?、?；芤喊踩鎯瓦\輸、多余?；芤鹤詣犹幚淼裙δ?。

如圖2所示：該系統(tǒng)包括總控制臺系統(tǒng)、無線通訊數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、移動小車系統(tǒng)、多關(guān)節(jié)機(jī)械臂系統(tǒng)、多功能夾具系統(tǒng)、視覺超聲波檢測系統(tǒng)、電源系統(tǒng)等。其中，移動小車、多關(guān)節(jié)機(jī)械臂、多功能夾具、存儲裝置以及視覺超聲波檢測系統(tǒng)構(gòu)成移動機(jī)器人系統(tǒng)。

如圖3所示：執(zhí)行部件是由移動小車系統(tǒng)與多關(guān)節(jié)機(jī)械臂系統(tǒng)等構(gòu)成的移動機(jī)器人。

圖4為整個系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)圖，總控制臺作為指令發(fā)送和實時數(shù)據(jù)處理中心，通過通訊模塊實時與移動小車系統(tǒng)、多關(guān)節(jié)機(jī)械臂系統(tǒng)等主系統(tǒng)，視覺超聲波檢測系統(tǒng)、多功能夾具系統(tǒng)以及危化溶液存儲系統(tǒng)等輔助系統(tǒng)聯(lián)系起來，構(gòu)成高危環(huán)境下移動機(jī)器人控制系統(tǒng)。

具體的，總控制臺通過有線與無線的混合局域網(wǎng)與無線通訊模塊連接，無線通訊模塊通過以太網(wǎng)接口與移動小車系統(tǒng)的控制器相連。移動小車系統(tǒng)與多關(guān)節(jié)機(jī)械臂系統(tǒng)采用主從控制模式，即移動小車系統(tǒng)的控制器作為主站，多關(guān)節(jié)機(jī)械臂系統(tǒng)的控制器作為從站，兩者通過Prifibus DP模塊接口連接，用于執(zhí)行移動和操作行為，且多關(guān)節(jié)機(jī)械臂基座安裝在移動小車頂部前端。?；芤捍鎯ο到y(tǒng)安裝在移動小車頂部后端，其量杯重量傳感器和氣動密封蓋電磁閥通過O/I模塊與移動小車控制器集成在一起，用于?；芤喊踩鎯桶徇\。多功能夾具系統(tǒng)安裝在機(jī)械臂末端，其檢測傳感器、氣動系統(tǒng)電磁閥等通過O/I模塊與機(jī)械臂控制器集成在一起，用于危化溶液定量提取和夾取。安裝在移動小車內(nèi)部的電源系統(tǒng)為主系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)提供移動、操作、檢測所需的能量，由無線充電裝置、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為本實用新型的控制指令及傳遞過程網(wǎng)狀圖，系統(tǒng)控制指令及傳遞過程描述為，工作時總控制臺通過指令輸入與發(fā)送模塊經(jīng)無線傳輸裝置發(fā)送?；芤禾崛?shù)信號、動作指令信號給移動小車系統(tǒng)、視覺超聲波檢測系統(tǒng)以及電源系統(tǒng)，三大系統(tǒng)及其輔助系統(tǒng)自檢無誤后開始工作。移動小車按照指令移動，完成規(guī)定任務(wù)后發(fā)送動作指令給多關(guān)節(jié)機(jī)械臂，使機(jī)械臂進(jìn)行相應(yīng)的?；芤禾崛∨c抓取操作，機(jī)械臂動作的同時?；芤捍鎯ο到y(tǒng)按照移動小車的控制指令配合機(jī)械臂工作。另外，視覺超聲波檢測系統(tǒng)將現(xiàn)場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。電源系統(tǒng)給各個子系統(tǒng)供電，并把電池狀態(tài)反饋給總控臺。

圖6為無線通訊系統(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無線網(wǎng)絡(luò)，通過WIFI無線網(wǎng)絡(luò)為數(shù)據(jù)載體，連接總控制臺、移動小車系統(tǒng)、多關(guān)節(jié)機(jī)械臂系統(tǒng)、視覺超聲波檢測系統(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)主要由無線AP、無線數(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)，總控制臺通過有線的方式直接連接局域網(wǎng)；無線AP和無線數(shù)據(jù)收發(fā)裝置為可尋址的裝置，無線AP通過有線方式直接連接局域網(wǎng)，無線通訊裝置一端與移動小車系統(tǒng)、視覺超聲波檢測系統(tǒng)、電源系統(tǒng)等通過以太網(wǎng)接口連接，另一端通過WIFI網(wǎng)絡(luò)與AP無線連接，從而實現(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為本實用新型的總控制臺系統(tǒng)軟硬件框架圖，總控制臺由顯示器、主控計算機(jī)、實時通訊服務(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)、后臺數(shù)據(jù)庫、服務(wù)軟件等軟件構(gòu)成。通過有線與無線混合局域網(wǎng)的方式與移動小車、多關(guān)節(jié)機(jī)械臂系統(tǒng)、危化溶液存儲裝置、視覺超聲波檢測系統(tǒng)等實時通訊，獲取其狀態(tài)參數(shù)，同時發(fā)送取液信息和運動指令給各個模塊，實現(xiàn)移動機(jī)器人的遠(yuǎn)程遙控。

監(jiān)控應(yīng)用系統(tǒng)基于Windows平臺開發(fā)，安裝在主控計算機(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、移動機(jī)器人工作狀態(tài)監(jiān)控模塊、視覺超聲波監(jiān)控模塊、安全防護(hù)報警模塊以及實時數(shù)據(jù)通訊模塊等六大模塊。

圖8為總控制臺的軟硬件網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，主控計算機(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，通過網(wǎng)絡(luò)通訊模塊，主控計算機(jī)與各個服務(wù)器實時通訊，便于監(jiān)控軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢和處理。實時通訊服務(wù)器上面安裝有通訊服務(wù)軟件，及時抓取主控計算機(jī)下達(dá)的指令給各個子系統(tǒng)，同時抓取各個子系統(tǒng)反饋的狀態(tài)數(shù)據(jù)和傳感數(shù)據(jù)，并存儲在數(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，為監(jiān)控軟件提供數(shù)據(jù)存儲支撐，實時存儲各項操作數(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)器實時存儲視覺超聲波系統(tǒng)采集到的視頻信息和超聲波高度檢測信息。

圖9為本實用新型的總控制臺的一種外形結(jié)構(gòu)圖，采用人機(jī)工程學(xué)思想設(shè)計外觀，由兩個顯示器、一個操作臺以及總控臺殼體組成，其中兩個顯示器一個用于可視化監(jiān)控，一個用于控制指令發(fā)送和接收；總控臺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為本實用新型的移動小車系統(tǒng)模塊框圖，移動小車系統(tǒng)作為整個系統(tǒng)的移動裝置，包括機(jī)械本體、控制模塊、驅(qū)動模塊、導(dǎo)航模塊、通訊模塊等五個主要部分。

圖11為本實用新型的移動小車本體內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖，移動小車機(jī)械結(jié)構(gòu)為整車呈長方體形狀，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，靠前位置有多關(guān)節(jié)機(jī)械臂安裝孔，安裝多關(guān)節(jié)機(jī)械臂的基座；車體頂部靠后位置安裝有危化溶液存儲裝置，根據(jù)機(jī)械臂和存儲裝置重量平衡布局；車體左右兩邊分布有兩對對稱的四個麥克拉姆輪，構(gòu)成小車的移動部分；車體正右側(cè)布置有無線通訊模塊和收發(fā)信號天線，使小車控制器與總控制臺保持通訊暢通；小車內(nèi)部為三層安裝結(jié)構(gòu)，第一層為上層，有1個多關(guān)節(jié)機(jī)械臂控制器、1個運動控制模塊、4個伺服驅(qū)動器、1套無線通訊裝置、1套視覺超聲波系統(tǒng)處理裝置，第二層為中間層，有1個移動小車控制器、1個運動控制模塊、4個伺服驅(qū)動器、1套氣動系統(tǒng)，第三層為底層，有一組鋰電池串和1個電源管理裝置。小車底部四角方向布置有4個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、一個無線充電接收器。

移動小車轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)采用基于麥克拉姆輪的四輪獨立驅(qū)動的方式進(jìn)行小車運動控制。麥克拉姆輪由兩個輪轂和一定數(shù)量的小輥子組成，采用兩端支撐結(jié)構(gòu)，小輥子軸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。四個麥克拉姆輪中兩個左旋結(jié)構(gòu)和兩個右旋結(jié)構(gòu)，以兩左兩右四輪對稱布置的方式安裝在移動小車車體左右兩邊；每個麥克拉姆輪與一個直流伺服電機(jī)和電機(jī)減速器直連，通過對四個輪子不同的速度控制，實現(xiàn)小車不同方向的運動。

控制模塊：移動小車采用上位機(jī)與下位機(jī)結(jié)合的開放式控制模式，其中上位機(jī)為總控制臺，下位機(jī)為移動小車的PLC控制器。小車運動控制模塊采用抗干擾能力強(qiáng)的、具有運動控制能力的PLC，PLC內(nèi)部存儲有小車運動路徑和信號處理程序，一方面不斷接受磁導(dǎo)航傳感器、 地標(biāo)傳感器的導(dǎo)航信息，通過WIFI通訊方式與總控制臺實時通訊，及時反饋小車運行狀態(tài)數(shù)據(jù)和接收總控制臺發(fā)出的控制指令；另一方面對各種信號進(jìn)行及時處理，輸出控制信號給直流伺服驅(qū)動器。

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

導(dǎo)航模塊：磁感應(yīng)對高危環(huán)境的敏感度不高，故采用磁條導(dǎo)航的方式設(shè)計移動小車的導(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，用于檢測在地面預(yù)定鋪設(shè)的導(dǎo)引磁條和地標(biāo)磁條。移動小車運行時，磁導(dǎo)航傳感器垂直于磁條上方一定距離，采集磁條的磁場強(qiáng)度，判斷磁條相對于磁導(dǎo)航傳感器偏離位置，據(jù)此移動小車自動調(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)此判斷運行位置和改變運行狀態(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：移動小車內(nèi)部安裝無線通訊模塊，無線通訊模塊一端采用無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議IEEE 802.11b/g/a/h，與總控制臺實時無線連接，及時獲取總控臺發(fā)出的取液指令和運動指令，同時將移動小車以及關(guān)聯(lián)系統(tǒng)的狀態(tài)及時報告給總控臺。無線通訊模塊另一端與移動小車PLC控制器通過以太網(wǎng)口相連，及時將總控臺發(fā)出的取液指令和運動指令傳遞給PLC，同時將PLC收到的反饋信號傳遞給總控制臺。

圖12為本實用新型的多關(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設(shè)計的一個集機(jī)械、控制、電氣于一體的開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，安裝在移動小車頂部，與移動小車協(xié)作完成?；芤禾崞?、?；芤恨D(zhuǎn)運、?；芤悍胖玫裙ぷ?。主要包括機(jī)械臂本體、伺服驅(qū)動以及控制部分。其中機(jī)械臂本體各個軸及伺服電機(jī)等表面敷設(shè)鉛皮，放置在移動小車外部；機(jī)械臂的控制部分和伺服驅(qū)動部分放置在移動小車內(nèi)部。

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)動副，小臂與末端伸縮軸之間為移動副，且小臂與末端伸縮軸之間夾角保持為90°。 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)動電機(jī)、減速器、軸承以及軸承座等零部件。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)動電機(jī)、減速器、軸承以及軸承座等零部件。末端伸縮軸由伺服電機(jī)、同步帶、滾珠絲杠和末端執(zhí)行器組成，在滾珠絲杠運動副里面采用螺母驅(qū)動的方式，使絲杠螺母在直流伺服電機(jī)經(jīng)同步帶驅(qū)動下產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運動，從而帶動絲杠進(jìn)行垂直方向的直線運動。

多關(guān)節(jié)機(jī)械臂伺服驅(qū)動模塊采用直流伺服控制的方式設(shè)計伺服驅(qū)動模塊，包括直流電機(jī)伺服驅(qū)動器和直流伺服電機(jī)，直流電機(jī)伺服驅(qū)動器與機(jī)械臂PLC控制器和直流伺服電機(jī)相連，PLC控制器的驅(qū)動器模塊發(fā)送數(shù)字量高速脈沖信號給伺服驅(qū)動器，伺服驅(qū)動器采用位置控制模式根據(jù)控制信號和伺服電機(jī)反饋的信號產(chǎn)生脈沖形式的PWM信號，經(jīng)功率放大后驅(qū)動伺服電機(jī)。伺服電機(jī)安裝在基座、底座、大臂、小臂以及末端伸縮軸內(nèi)部，根據(jù)伺服驅(qū)動器發(fā)出的脈沖和方向信號伺服電機(jī)進(jìn)行啟動、停止、反轉(zhuǎn)以及變速等動作。

多關(guān)節(jié)機(jī)械臂控制模塊采用主站與從站的控制模式，其中主站為移動小車控制器，從站為多關(guān)節(jié)機(jī)械臂控制器，兩者之間通過Profigbus DP協(xié)議和相應(yīng)接口進(jìn)行連接。移動小車PLC通過WIFI通訊方式與總控制臺實時通訊，及時接收總控制臺發(fā)出的控制指令，反饋運行狀態(tài)數(shù)據(jù)，同時與多關(guān)節(jié)機(jī)械臂的控制器實時通訊，下達(dá)簡單的指令，獲取機(jī)械臂工作狀態(tài)參數(shù)。多關(guān)節(jié)機(jī)械臂四軸運動控制采用抗干擾能力強(qiáng)的、具有多軸協(xié)調(diào)控制能力的PLC，PLC內(nèi)部存儲有機(jī)械臂抓取?；芤旱?、存儲?；芤阂约稗D(zhuǎn)運危化溶液的控制程序和信號處理程序。機(jī)械臂系統(tǒng)一方面與移動小車實時通訊，及時接收?；芤鹤ト】刂浦噶睿答佭\行狀態(tài)數(shù)據(jù)；另一方面對各種信號進(jìn)行及時處理，輸出控制信號給直流伺服驅(qū)動器。

圖13為本實用新型的多功能夾具結(jié)構(gòu)圖，所述多功能夾具裝置，是一個集定量取液和夾取搬運功能于一體的電、氣控制裝置，通過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)如下圖所示。

多功能夾具裝置包括一個夾具本體、一個轉(zhuǎn)動裝置、一個氣動三爪卡盤裝置以及一個定量取液裝置。

多功能夾具裝置由機(jī)械臂PLC控制器控制，動作過程描述為多關(guān)節(jié)機(jī)械臂PLC控制器接收到移動小車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電磁閥打開，則?；芤褐饾u進(jìn)入定量取液裝置。與此同時，定量取液裝置中的氣體流量信息、壓力信息、?；芤焊叨刃畔⑼ㄟ^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電磁閥打開，實現(xiàn)三爪卡盤的張開和收緊，達(dá)到抓取的目的，與此同時，三爪卡盤裝置中的卡夾取壓力信息通過相應(yīng)傳感器快速反饋到多關(guān)節(jié)機(jī)械臂控制器，與氣動電磁閥配合，實現(xiàn)抓取力的精確控制。

所述夾具本體正面呈正八邊形，分為對稱兩半，對稱面與水平面成45°夾角。夾具本體上部通過法蘭連接在多關(guān)節(jié)機(jī)械臂第四軸末端，下部在水平方向上安裝一個自定心三爪卡盤裝置，在垂直方向上安裝一個定量取液裝置。

所述轉(zhuǎn)動裝置由旋轉(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)氣缸通過氣缸固定件安裝在夾具本體上半部內(nèi)，氣缸活塞與夾具本體下半部固定相連，工作時由旋轉(zhuǎn)氣缸提供動力，通過氣缸180°轉(zhuǎn)動實現(xiàn)夾具本體兩半之間相對轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)三爪卡盤裝置與定量取液裝置的工具轉(zhuǎn)換。位置傳感器用來檢測氣缸活塞是否轉(zhuǎn)動了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。

所述氣動三爪卡盤裝置，為圓柱形氣動自定心三爪裝置，由本體、3個卡爪、3個壓力傳感器、一套氣動裝置組成。

三爪卡盤裝置本體呈圓柱形，內(nèi)部有氣路、氣動連接口及卡爪導(dǎo)向槽；3個卡爪均布在圓柱形本體卡爪導(dǎo)向槽上，采用不銹鋼材料，上鑲有防滑耐酸堿柔性材料，便于取液杯的夾取操作。壓力傳感器安裝在卡爪內(nèi)側(cè)，由防滑耐酸堿柔性材料保護(hù)，用于監(jiān)測抓取盛放?；芤旱牧勘瓡r的抓取力，并將壓力信息傳遞給多關(guān)節(jié)機(jī)械臂的PLC控制器。

三爪卡盤氣動裝置包括一個3位5通數(shù)字式電磁閥、兩個雙向速度控制閥、一個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雙向速度控制閥相連，最后兩條管線與本體上的氣動連接口相連。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，實現(xiàn)卡爪同時收緊和張開的功能。氣動裝置安裝在移動小車內(nèi)部第二層。

三爪卡盤通過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)時三爪卡盤軸線與地面平行，工作狀態(tài)時三爪卡盤軸線與地面垂直。

所述定量取液裝置，包括一個取液容器本體、一套檢測傳感裝置、一套氣動裝置。

取液容器本體是一個圓柱狀耐腐蝕玻璃鋼容器，本體左側(cè)上部有一個氣動系統(tǒng)連接口，本體右側(cè)為液面位置檢測傳感裝置，本體內(nèi)部被移動活塞分為上、下容器室。上容器室為氣體室，里面安裝兩個彈簧固定端子和一個壓縮彈簧，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。

檢測傳感裝置是一套液面位置檢測傳感器，呈長條狀，粘貼在取液容器本體右側(cè)，用來檢測液體抽取過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，從而實現(xiàn)液位的實時監(jiān)測。固態(tài)電容組件通過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。

氣動裝置包括一個3位3通數(shù)字式電磁閥、一個真空發(fā)生器組件、一個雙向速度控制閥、一個流量傳感器、一個氣壓傳感器以及管線，其中3位3通數(shù)字式電磁閥有兩個出氣口，真空發(fā)生器組件有一個進(jìn)氣口，一個出氣口。氣動裝置的連接方式為電磁閥其中一個出氣口與真空發(fā)生器組件的進(jìn)氣口相連，另一個出氣口與真空發(fā)生器組件的出氣口相連，同時真空發(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，中間連接一個監(jiān)控氣路壓力的氣壓傳感器。氣動裝置有一個氣源進(jìn)氣口和一個出氣口，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，實現(xiàn)多關(guān)節(jié)機(jī)械臂的PLC控制氣動裝置氣路的通斷。氣動裝置的工作方式為氣源經(jīng)電磁閥流過真空發(fā)生器組件時產(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，實現(xiàn)液體的精確提取和排出。氣動裝置安裝在移動小車內(nèi)部第二層。

定量取液裝置通過工字形法蘭螺紋連接在八邊形夾具本體一邊上，工作狀態(tài)時其中心軸線與地面保持垂直。

圖14為本實用新型的視覺超聲波檢測工作原理圖，視覺超聲波檢測系統(tǒng)，是一套無線遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，是移動機(jī)器人系統(tǒng)的“眼睛”，來用監(jiān)視移動路徑上的障礙、計算移動機(jī)器人的空間位置。該系統(tǒng)主要由總控制臺、無線通訊模塊以及數(shù)據(jù)采集處理模塊，其中數(shù)據(jù)采集處理模塊由處理單元、視覺模塊及超聲波模塊組成。

視覺超聲波檢測系統(tǒng)融合視覺和超聲波技術(shù)，使視覺模塊與超聲波模塊配合工作，計算空間位置坐標(biāo)。其原理為用工業(yè)CCD相機(jī)獲取高危環(huán)境下的二維圖像信息，經(jīng)圖像處理轉(zhuǎn)換成平面XY坐標(biāo)信息，再由超聲波傳感器獲取高度方向上的信息，即Z坐標(biāo)信息，兩者邏輯處理后可獲得空間位置坐標(biāo)，移動小車系統(tǒng)根據(jù)空間坐標(biāo)信息進(jìn)行精確定位。

總控制臺有視覺超聲波監(jiān)控模塊，通過無線WIFI與無線通訊模塊與數(shù)據(jù)采集模塊相連，數(shù)據(jù)采集模塊中的處理單元采用嵌入式ARM處理器，實時獲取工業(yè)CCD相機(jī)采集到的視頻信息和超聲波位移傳感器采集到的高度信息，并通過以太網(wǎng)接口和無線通訊模塊，將數(shù)據(jù)反饋給總控制臺，總控制臺將數(shù)據(jù)放在視頻服務(wù)器，便于總控制臺的視覺超聲波監(jiān)控模塊進(jìn)行環(huán)境可視化監(jiān)控和圖像空間坐標(biāo)計算。

數(shù)據(jù)采集處理裝置包括兩塊直角安裝板、一張圖像采集卡、2個工業(yè)CCD傳感器、一個超聲波位移傳感器、一個超聲波模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置、一個嵌入式ARM處理器以及一個無線通訊裝置，其中CCD傳感器通過圖像采集卡與嵌入式ARM處理器相連，超聲波傳感器通過模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置與嵌入式ARM處理器相連，然后嵌入式ARM處理器與無線通訊裝置相連。直角安裝板其中一塊安裝在機(jī)械臂末端與夾具裝置之間，其前方安裝一個工業(yè)CCD傳感器和一個超聲波位移傳感器，兩者配合進(jìn)行平面位置和?；芤阂好娴母叨任恢玫臄?shù)據(jù)采集。另一塊直角安裝板安裝在夾具裝置右側(cè)，其上安裝一個工業(yè)CCD傳感器，用于實時監(jiān)視?；芤憾刻崛∵^程及裝置中液面高度。

圖像采集卡、超聲波模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置、嵌入式ARM處理器、無線通訊裝置安裝在移動小車內(nèi)部，其中無線通訊裝置通過無線WIFI 采用802.11b/g/a/h標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議與總控制臺視頻超聲波檢測模塊實時無線連接，將圖像信息和超聲波數(shù)字信息及時傳遞出去。

圖15為本實用新型的?；芤捍鎯ο到y(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。所述?；芤捍鎯ρb置，主要用來安全存儲和可靠轉(zhuǎn)運移動機(jī)器人定量提取到的?；芤?，具體包括一個方形存儲本體、3個取液量杯、3個重量傳感器、一套氣動裝置。

?；芤捍鎯ο到y(tǒng)中存儲本體的設(shè)計是，存儲本體為耐腐蝕耐輻射的不銹鋼材質(zhì)，主要由容腔本體、活動氣缸、連桿機(jī)構(gòu)、密封頂蓋、密封軟墊組成。容腔本體呈長方體，中間有三個空腔，可容納3個鋼化玻璃材質(zhì)的取液量杯。容腔本體上端面對稱中心靠后位置間隔一定距離布置兩個一大一小的長方體凸起，小長方體凸起用于連接，大長方體凸起用于限制密封頂蓋空間范圍，使其與容腔本體上端面保持平行。容腔本體上方是方形的氣動密封頂蓋，氣動密封頂蓋底部放置三個比取液量杯口徑略大的密封軟墊，正常密封后可防止?；芤哼\輸過程中濺落出來。氣動密封頂蓋尾部固定連桿機(jī)構(gòu)，連桿中間位置與小長方體凸起通過鉸鏈1形成轉(zhuǎn)動副，連桿尾部與一個活動氣缸的活塞通過鉸鏈2形成轉(zhuǎn)動副連接。容腔本體兩側(cè)底部有四個安裝座，與移動小車上的存儲裝置安裝座用螺栓剛性連接。容腔本體前面有三個重量傳感器數(shù)據(jù)接口，可與A/D轉(zhuǎn)換器連接，再與移動小車PLC控制器相連。

存儲裝置中的活動氣缸設(shè)計是，活動氣缸由氣動活塞和氣缸缸體組成，氣動活塞呈圓柱狀，與連桿機(jī)構(gòu)末端通過鉸鏈2形成轉(zhuǎn)動副；氣缸缸體呈圓柱狀，右側(cè)有兩個氣動連接口，用于連接氣動裝置；氣缸缸體底部與容腔本體后端面通過鉸鏈3形成轉(zhuǎn)動副，使活動氣缸可以繞鉸鏈3自由轉(zhuǎn)動。

圖16為本實用新型的防漏設(shè)計與容腔內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。存儲裝置中的?；芤褐亓繖z測設(shè)計是，取液量杯采用透明的鋼化玻璃材質(zhì)，與存儲本體上的容腔配套，用來存儲不同種類的液體。重量傳感器采用圓板型電阻應(yīng)變式重量傳感器，通過螺紋連接固定在取液量杯容腔底部，與進(jìn)入容腔的取液量杯形成面接觸。其測量數(shù)值經(jīng)數(shù)據(jù)接口連接到A/D轉(zhuǎn)換器，再通過數(shù)據(jù)線連接到移動小車PLC控制器，以便時刻監(jiān)測取液量杯中危化溶液的動態(tài)重量。

存儲裝置中的防漏設(shè)計是，在取液量杯一定高度上設(shè)置一個內(nèi)高外低的防漏橡膠密封圈，防止?；芤哼M(jìn)入容腔內(nèi)部。密封圈底部為放置在容腔本體上表面的支撐軟墊，與密封圈配合使用起一定的緩沖和密封作用。容腔本體上端面三個容腔圓周附近并延伸到容腔本體左右邊界位置分布有倒梯形漏液回收槽，用于回收漏掉的?；芤?，漏液回收槽呈現(xiàn)中間高兩邊低，便于漏掉的?；芤鹤詣恿舻竭吔缟?。容腔本體兩側(cè)漏液回收槽正下方位置設(shè)計一個漏液回收杯，與漏液回收槽配合收集漏掉的危化溶液。

圖17為本實用新型的連接示意圖。危化溶液存儲系統(tǒng)中的氣動裝置設(shè)計是，氣動裝置包括一個3位5通數(shù)字式電磁閥、兩個雙向速度控制閥、一個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雙向速度控制閥相連，最后兩條管線與氣缸的氣動連接口相連。其中數(shù)字式電磁閥由移動小車PLC控制器控制，在多關(guān)節(jié)機(jī)械臂系統(tǒng)進(jìn)行取液、放液等相關(guān)動作時，移動小車PLC控制器發(fā)送相應(yīng)控制信號給氣動裝置電磁閥控制端，驅(qū)動密封頂蓋配合機(jī)械臂執(zhí)行打開和關(guān)閉操作。該氣動裝置安裝在移動小車內(nèi)部第二層。

存儲裝置中的控制設(shè)計是，存儲裝置與移動小車控制器的連接示意圖如下圖所示，移動小車控制器與存儲裝置中的電磁閥連接，控制氣路通斷，實現(xiàn)密封頂蓋的打開和關(guān)閉；重量傳感器通過AD轉(zhuǎn)換器與移動小車PLC控制器相連，實時獲取取液過程中?；芤旱闹亓啃畔?，通過反饋實現(xiàn)?；芤壕_量化控制。

對于具體實施方式的理解的描述僅僅是為幫助理解本實用新型，而不是用來限制本實用新型的。本領(lǐng)域技術(shù)人員均可以利用本實用新型的思想進(jìn)行一些改動和變化，只要其技術(shù)手段沒有脫離本實用新型的思想和要點，仍然在本實用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。