本發(fā)明涉危化溶液提取及檢測領域，具體說是一種基于移動機器人的?；芤喊踩鎯?、運輸及定點放置的方法。

背景技術：

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)生大量組分復雜、濃度不均、腐蝕性大、放射性高的?；芤?，對人、動物以及環(huán)境極易造成嚴重傷害。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后，將其排于環(huán)境中進行掩埋或擴散。危化溶液的取樣檢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行檢測，只有充分檢測后才能找到有效的?；芤禾幚矸椒?，只有經(jīng)過嚴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的方法和手段少量提取溶液，進行成分和含量分析。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〉姆绞綐嫿ǖ墓潭ㄎ；芤禾崛⊙b置，該裝置主要由真空泵、吸取管、控制開關以及攝像頭等組成，與?；芤禾幚碓O備一起固定在某個地方，在人工的參與下完成?；芤旱奶崛?，該類裝置出于穩(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)危化溶液的定量和隨機抽檢。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，嚴重時造成?；芤禾幚頃和?，生產(chǎn)線停機，帶來巨大的經(jīng)濟損失。

另外，許多場合沒有固定式?；芤禾崛≡O備，當提取的?；芤悍N類比較多、距離比較遠、工作環(huán)境比較惡劣時，需要人進入不同的環(huán)境甚至是高危環(huán)境中手工操作，出現(xiàn)（1）人較長時間處在惡劣環(huán)境中作業(yè)，易受到傷害；（2）?；芤喝×坎粶剩鳂I(yè)效率較低；（3）多余危化溶液不易處理等問題。這些問題已嚴重影響危化溶液檢測環(huán)節(jié)的處理效率和人的安全性。

技術實現(xiàn)要素：

為克服現(xiàn)有技術存在的以上問題，本發(fā)明提供了一種基于移動機器人的危化溶液安全存儲、運輸及定點放置的方法，利用移動機器人實現(xiàn)不同高危環(huán)境下重復進行定量?；芤禾崛〉淖詣踊?、定量化和標準化操作，從而完全隔離人與高危環(huán)境的接觸，達到?；芤撼浞謾z測的要求。

本發(fā)明由以下技術方案實現(xiàn)：

一種基于移動機器人的?；芤喊踩鎯?、運輸及定點放置的方法，其特征在于所述移動機器人包括移動小車系統(tǒng)、多關節(jié)機械臂系統(tǒng)、夾具系統(tǒng)、視覺超聲波檢測系統(tǒng)及危化溶液存儲系統(tǒng)；所述移動機器人與總控制臺系統(tǒng)通訊連接；包括：

a）移動小車系統(tǒng)按規(guī)劃路徑從指定?；芤狐c移動至指定檢測點；

b）打開危化溶液存儲系統(tǒng)；

c）移動小車系統(tǒng)發(fā)送指令給關節(jié)機械臂系統(tǒng)，多關節(jié)機械臂系統(tǒng)帶動夾具系統(tǒng)移動至?；芤捍鎯ο到y(tǒng)上方；

d）多關節(jié)機械臂系統(tǒng)在視覺超聲波檢測系統(tǒng)的引導下操作夾具系統(tǒng)，將危化溶液從?；芤捍鎯ο到y(tǒng)中取出，放至指定檢測點。

e）檢查危化溶液存儲系統(tǒng)中是否還有存儲?；芤海貜筒襟Ec）、d）。

進一步的，移動小車系統(tǒng)和多關節(jié)機械臂系統(tǒng)均內(nèi)置有PLC控制器；移動小車系統(tǒng)PLC控制器與多關節(jié)機械臂系統(tǒng)PLC控制器為主從控制模式。

進一步的，所述移動規(guī)劃路徑存儲于移動小車系統(tǒng)PLC控制器。

進一步的，所述?；芤捍鎯ο到y(tǒng)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系統(tǒng)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系統(tǒng)PLC控制器相連；移動小車系統(tǒng)PLC控制器通過氣動裝置打開存儲本體的密封氣動頂蓋。

進一步的，移動小車系統(tǒng)PLC控制器發(fā)送指令給多關節(jié)機械臂系統(tǒng)PLC控制器，并使多關節(jié)機械臂系統(tǒng)帶動夾具裝置移動至?；芤捍鎯ο到y(tǒng)上方。

進一步的，所述夾具系統(tǒng)包括夾具本體、轉(zhuǎn)動裝置、定量取液裝置以及氣動三爪卡盤裝置； 多關節(jié)機械臂系統(tǒng)PLC控制器控制夾具系統(tǒng)的夾具本體轉(zhuǎn)動，氣動三爪卡盤裝置轉(zhuǎn)動至工作位；多關節(jié)機械臂PLC控制器控制氣動三爪卡盤裝置將存儲危化溶液的取液量杯從?；芤捍鎯ο到y(tǒng)中夾取出至一定高度，在視覺超聲波檢測系統(tǒng)的引導下找到指定放液點和放液高度，最后調(diào)用多關節(jié)機械臂系統(tǒng)PLC控制器中的檢測臺定點放液程序塊將取液量杯放置在指定檢測點。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果如下：

本發(fā)明中的移動小車系統(tǒng)PLC控制器與多關節(jié)機械臂系統(tǒng)PLC控制器采用主從控制模式，使得相互間控制邏輯嚴謹、數(shù)據(jù)傳輸流暢、動作相互配合協(xié)調(diào)，易于保證移動系統(tǒng)穩(wěn)定可靠地工作；

本發(fā)明中采用自行設計的?；芤捍鎯ο到y(tǒng)解決危化溶液提取后的臨時存儲和安全運輸?shù)綑z測點的問題，并在移動小車PLC控制器控制下與多關節(jié)機械臂操作配合，高效完成危化溶液定點放置任務；

本發(fā)明中集成物體抓取功能和危化溶液定量提取功能的多功能夾具系統(tǒng)進行多余?；芤禾幚恚撓到y(tǒng)利用氣動裝置提供動力，利用壓力傳感器和液面位置傳感器，實時檢測夾具工作狀態(tài)，整個夾具系統(tǒng)簡單容易、成本低廉，結(jié)合危化溶液定點放置具體步驟，能夠?qū)崿F(xiàn)危化溶液快速放置在檢測臺；

本發(fā)明利用機器視覺和超聲波組成的視覺超聲波檢測系統(tǒng)進行?；芤悍胖命c確定，即視覺圖像確定平面X和Y的坐標值，超聲波確定高度方向Z方向的值，兩者矢量疊加在一起可為移動機器人的定點?；芤悍胖锰峁┪恢脭?shù)據(jù)支持。

附圖說明

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)明的移動機器人結(jié)構圖。

圖4為本發(fā)明的移動機器人系統(tǒng)控制結(jié)構圖。

圖5為本發(fā)明的控制指令及傳遞過程網(wǎng)狀圖。

圖6為本發(fā)明的無線通訊系統(tǒng)網(wǎng)絡拓撲圖。

圖7為本發(fā)明的總控制臺系統(tǒng)軟硬件框架圖。

圖8為本發(fā)明的總控制臺軟硬件網(wǎng)絡架構。

圖9為本發(fā)明的本發(fā)明的總控制臺外形結(jié)構圖。

圖10為本發(fā)明的移動小車系統(tǒng)模塊框圖。

圖11為本發(fā)明的移動小車本體內(nèi)部結(jié)構圖。

圖12為本發(fā)明的多關節(jié)機械臂系統(tǒng)模塊框圖。

圖13為本發(fā)明的夾具裝置系統(tǒng)結(jié)構圖。

圖14為本發(fā)明的視覺超聲波檢測組成及原理圖。

圖15為本發(fā)明的危化溶液存儲系統(tǒng)結(jié)構圖。

圖16為本發(fā)明的電源系統(tǒng)模塊構成圖。

圖17為本發(fā)明的移動機器人危化溶液提取整體流程圖。

圖18為本發(fā)明的移動機器人系統(tǒng)狀態(tài)檢測和初始化流程。

圖19為本發(fā)明的指令下達及數(shù)據(jù)通訊過程圖。

圖20為本發(fā)明的移動路徑過程規(guī)劃圖。

圖21為本發(fā)明的?；芤鹤詣佣ㄎ缓投刻崛∵^程。

圖22為本發(fā)明的?；芤哼\輸和定點放液流程。

圖23為本發(fā)明的多余?；芤鹤詣犹幚砹鞒?。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖和具體實施方式進一步說明本發(fā)明。

根據(jù)?；芤旱奶攸c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)，設計一種基于移動機器人的高危環(huán)境下危化溶液自動定量提取系統(tǒng)，工作原理如圖1所示。整體采用控制機構和執(zhí)行機構分離的思想，移動機器人系統(tǒng)作為執(zhí)行機構放置在高危環(huán)境內(nèi)部，總控制臺作為控制機構放在高危環(huán)境外部，不但適合一般溶液隨機定量提取要求，還適于放射性高、化學成分不確定、品種類型多、安全要求高的?；芤弘S機定量提取要求的場景，具有良好的靈活性。

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)、多關節(jié)機械臂系統(tǒng)、多功能夾具系統(tǒng)、視覺超聲波檢測系統(tǒng)、?；芤捍鎯ο到y(tǒng)及電源系統(tǒng)等。其中，移動小車系統(tǒng)、多關節(jié)機械臂系統(tǒng)、多功能夾具系統(tǒng)、?；芤捍鎯ο到y(tǒng)以及視覺超聲波檢測系統(tǒng)構成移動機器人系統(tǒng)。

如圖3所示：所述移動機器人包括移動小車系統(tǒng)、多關節(jié)機械臂系統(tǒng)、夾具系統(tǒng)、視覺超聲波檢測系統(tǒng)及?；芤捍鎯ο到y(tǒng)，且多關節(jié)機械臂系統(tǒng)、夾具系統(tǒng)、視覺超聲波檢測系統(tǒng)、?；芤捍鎯ο到y(tǒng)均布置于移動小車系統(tǒng)上；所述總控制臺系統(tǒng)基于通訊網(wǎng)絡與移動小車系統(tǒng)通信連接，并通過移動小車系統(tǒng)獲取移動機器人上各系統(tǒng)狀態(tài)參數(shù)，同時發(fā)送取液信息和運動指令給移動小車系統(tǒng)；所述移動小車系統(tǒng)接收并轉(zhuǎn)發(fā)總控制臺系統(tǒng)發(fā)出的取液信息和運動指令，實現(xiàn)移動機器人在?；芤翰杉头胖镁€路上的移動；所述移動小車系統(tǒng)分別與多關節(jié)機械臂系統(tǒng)和?；芤捍鎯ο到y(tǒng)相連，所述多關節(jié)機械臂系統(tǒng)與夾具系統(tǒng)相連，所述視頻超聲波檢測系統(tǒng)通過通訊網(wǎng)絡實現(xiàn)與總控制臺系統(tǒng)通信連接。

圖4為移動機器人的系統(tǒng)結(jié)構控制圖，總控制臺系統(tǒng)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)、多關節(jié)機械臂系統(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，構成高危環(huán)境下移動機器人控制系統(tǒng)。

具體的，總控制臺系統(tǒng)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PLC控制器相連。移動小車系統(tǒng)與多關節(jié)機械臂系統(tǒng)采用主從控制模式，即移動小車系統(tǒng)的PLC控制器作為主站，多關節(jié)機械臂系統(tǒng)的PLC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，且多關節(jié)機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PLC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為本發(fā)明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)送危化溶液提取參數(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)定任務后發(fā)送動作指令給多關節(jié)機械臂，使機械臂進行相應的?；芤禾崛∨c抓取操作，機械臂動作的同時?；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)絡拓撲圖，在高危環(huán)境內(nèi)外，構建基于IEEE 802.11b/g/a/h通訊協(xié)議的WIFI無線網(wǎng)絡，通過WIFI無線網(wǎng)絡為數(shù)據(jù)載體，連接總控制臺、移動小車系統(tǒng)、多關節(jié)機械臂系統(tǒng)、視覺超聲波檢測系統(tǒng)等，構成高危環(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為本發(fā)明的總控制臺系統(tǒng)軟硬件框架圖，總控制臺由顯示器、主控計算機、實時通訊服務器、數(shù)據(jù)服務器、視頻服務器、網(wǎng)絡通訊模塊等硬件和監(jiān)控應用系統(tǒng)、后臺數(shù)據(jù)庫、服務軟件等軟件構成。通過有線與無線混合局域網(wǎng)的方式與移動小車系統(tǒng)、多關節(jié)機械臂系統(tǒng)、危化溶液存儲系統(tǒng)、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)移動機器人的遠程遙控。

監(jiān)控應用系統(tǒng)基于Windows平臺開發(fā)，安裝在主控計算機上，具有基礎數(shù)據(jù)維護模塊、取液信息輸入和指令發(fā)送模塊、移動機器人工作狀態(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為總控制臺系統(tǒng)的軟硬件網(wǎng)絡架構，主控計算機、數(shù)據(jù)服務器、視頻服務器等以總線的形式連接在以太網(wǎng)上，通過網(wǎng)絡通訊模塊，主控計算機與各個服務器實時通訊，便于監(jiān)控軟件進行數(shù)據(jù)查詢和處理。實時通訊服務器上面安裝有通訊服務軟件，及時抓取主控計算機下達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)服務器和視頻服務器上。數(shù)據(jù)服務器上安裝關系型數(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)、基礎維護數(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為本發(fā)明的總控制臺的一種外形結(jié)構圖，采用人機工程學思想設計外觀，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，包括機械本體、控制模塊、驅(qū)動模塊、導航模塊、通訊模塊等五個主要部分。所述移動小車系統(tǒng)包括機械本體、控制模塊、驅(qū)動模塊、導航模塊及通訊模塊；所述機械本體用于提供移動機器人運動的物理結(jié)構；所述控制模塊通過通訊模塊和總控制臺系統(tǒng)相連，所述控制模塊通過驅(qū)動模塊與機械本體相連；所述導航模塊與控制模塊相連。

圖11為本發(fā)明的移動小車系統(tǒng)本體內(nèi)部結(jié)構圖，移動小車機械本體，由小車本體、轉(zhuǎn)向機構以及傳感部件組成，其中小車本體呈長方體形狀，車體框架采用鋁合金型材，進行全封閉放輻射處理，車體外部敷設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螺紋孔的多關節(jié)機械臂安裝孔，通過螺栓連接使移動小車與多關節(jié)機械臂的基座固定板連在一起；車體頂部靠后位置有危化溶液存儲裝置安裝座，通過螺栓與?；芤捍鎯ρb置上的安裝座剛性連接；車體左右兩邊底部分布有兩對對稱的四個麥克拉姆輪，構成小車的移動部分；車體正右側(cè)布置有信號收發(fā)天線，信號收發(fā)天線與小車內(nèi)部的無線通訊裝置連接，構成小車的無線通訊模塊。

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，邏輯連接關系參見“移動機器人系統(tǒng)控制結(jié)構圖”，第一層為上層，主要為多關節(jié)機械臂的控制部件、無線通訊裝置和視覺超聲波處理裝置，具體多關節(jié)機械臂的控制部件包括1個多關節(jié)機械臂控制器、1個運動控制模塊、4個機械臂關節(jié)的伺服驅(qū)動器，無線通訊裝置為1套基于無線WIFI的無線通訊裝置，視覺超聲波處理裝置為1套基于CCD相機和超聲波的位置檢測裝置；第二層為中間層，主要為移動小車的控制部件、氣動系統(tǒng)，具體移動小車的控制部件包括1個移動小車控制器、1個運動控制模塊、4個移動小車輪子的伺服驅(qū)動器，氣動系統(tǒng)包括1套?；芤捍鎯ρb置氣動裝置，1套多功能夾具裝置三爪氣動夾具氣動裝置， 1套多功能夾具裝置定量取液裝置的氣動裝置；第三層為底層，為各個裝置提供動力的電源裝置，具體的有一組鋰電池串和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和電機減速器、中間位置布置有一套磁感應導航用的導航傳感器和地標傳感器、一個無線充電接收器。

移動小車轉(zhuǎn)向機構采用基于麥克拉姆輪的四輪獨立驅(qū)動的方式進行小車運動控制。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，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)構和兩個右旋結(jié)構，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和電機減速器直連，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：包括PLC控制器和運動控制模塊，移動小車采用PLC控制器加運動控制模塊等方式進行運動控制，其中PLC主要負責與總控制臺通訊，通過WIFI通訊方式及時接收總控制臺發(fā)出的控制指令和反饋小車運行狀態(tài)數(shù)據(jù)；運動控制模塊負責執(zhí)行PLC接收的信號指令，對移動小車反饋的導航信號、位置信號進行實時處理和計算，輸出控制信號給直流伺服驅(qū)動器。另外，移動小車整體采用上位機與下位機結(jié)合的開放式控制模式，其中上位機為總控制臺系統(tǒng)，下位機為移動小車系統(tǒng)的PLC控制器。

驅(qū)動模塊：移動小車驅(qū)動采用直流伺服電機驅(qū)動器和直流伺服電機，直流伺服電機驅(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，伺服電機根據(jù)伺服驅(qū)動器發(fā)出的脈沖和方向信號進行啟動、停止、反轉(zhuǎn)以及變速等動作。

導航模塊：該模塊由磁傳感器和鋪設在地面的磁條組成，其中磁傳感器分為磁導傳感器和磁地標傳感器，磁條分為導引磁條和地標磁條。磁感應對高危環(huán)境的敏感度不高，故采用磁條導航的方式設計移動小車的導航模塊，小車底部靠前位置安裝有磁導航傳感器和地標傳感器，用于檢測在地面預定鋪設的導引磁條和地標磁條。移動小車運行時，磁導航傳感器垂直于磁條上方一定距離，采集磁條的磁場強度，判斷磁條相對于磁導航傳感器偏離位置，據(jù)此移動小車自動調(diào)整，確保沿磁條前行。地標傳感器不斷讀取地標磁條，并據(jù)此判斷運行位置和改變運行狀態(tài)。地標磁條垂直于導航磁條方向，貼在導航磁條旁邊的地面上。

通訊模塊：由無線通訊裝置和信號收發(fā)天線組成，其中無線通訊裝置為無線數(shù)據(jù)收發(fā)裝置，安裝在移動小車內(nèi)部第一層，信號收發(fā)天線安裝在移動小車外部右側(cè)。無線通訊模塊一端采用無線局域網(wǎng)標準協(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移動小車PLC，同時將移動小車PLC收到的反饋信號傳遞給總控制臺。

圖12為本發(fā)明的多關節(jié)機械臂系統(tǒng)模塊框圖，所述多關節(jié)機械臂系統(tǒng)是根據(jù)高危環(huán)境?；芤憾刻崛√攸c設計的一個集機械、控制、電氣于一體的開鏈連桿式和直角坐標式混合型關節(jié)機器人，工作范圍最遠達到2米，通過螺栓安裝在移動小車頂部，與移動小車協(xié)作完成?；芤禾崞稹⑽；芤恨D(zhuǎn)運、?；芤悍胖玫裙ぷ?。主要包括機械本體、伺服驅(qū)動以及運動控制部分。

機械本體由執(zhí)行單元、機械臂本體、傳感部件組成。執(zhí)行單元由伺服電機、減速器、軸承及軸承座等部件組成。傳感部件為檢測各個軸伺服電機的角度、轉(zhuǎn)速、電流、電壓等參數(shù)的傳感器。機械臂本體由基座、底座、大臂、小臂以及末端伸縮軸構成，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°。

機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)動電機、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螺紋孔的固定板，此固定板與移動小車上的多關節(jié)臂安裝孔通過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)動電機、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、減速器、軸承以及軸承座等零部件。小臂采用圓形截面的實心鋁制鑄件，末尾安裝有末端伸縮軸的執(zhí)行部件，即伺服電機、同步帶、螺母滾珠絲杠等零部件。末端伸縮軸由伺服電機、同步帶、螺母滾珠絲杠和末端執(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經(jīng)同步帶驅(qū)動下產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運動，從而帶動絲杠進行垂直方向的直線運動。

機械本體各個軸及伺服電機表面均敷設鉛皮，放置在移動小車外部；控制部分和伺服驅(qū)動部分放置在移動小車內(nèi)部，減輕輻射的影響。

圖13為本發(fā)明的多功能夾具結(jié)構圖，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節(jié)機械臂末端，外觀和內(nèi)部結(jié)構如下圖所示。

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械臂PLC控制器控制，動作過程描述為多關節(jié)機械臂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，則多關節(jié)機械臂控制器控制轉(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^相應傳感器快速反饋到多關節(jié)機械臂控制器，達到設定量后停止動作。若為抓取指令，則多關節(jié)機械臂控制器控制轉(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傳感器快速反饋到多關節(jié)機械臂控制器，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節(jié)機械臂第四軸末端，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節(jié)機械臂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向槽；3個卡爪均布在圓柱形本體卡爪導向槽上，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，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節(jié)機械臂的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)字式電磁閥與多關節(jié)機械臂的PLC控制器相連，通過多關節(jié)機械臂的PLC控制器控制數(shù)字式電磁閥，進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?。本體中間為移動活塞，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)換后傳遞給多關節(jié)機械臂的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氣口和一個出氣口，氣源進氣口連接外部氣源，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節(jié)機械臂的PLC控制器相連，實現(xiàn)多關節(jié)機械臂的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為本發(fā)明的視覺超聲波檢測工作原理圖，視覺超聲波檢測系統(tǒng)，是一套無線遠程監(jiān)控系統(tǒng)，是移動機器人系統(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)采集處理模塊組成，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，使視覺模塊與超聲波模塊配合工作，計算空間位置坐標。其原理為用工業(yè)CCD相機獲取高危環(huán)境下的二維圖像信息，經(jīng)圖像處理轉(zhuǎn)換成平面XY坐標信息，再由超聲波傳感器獲取高度方向上的信息，即Z坐標信息，兩者經(jīng)邏輯單元處理后可獲得空間位置坐標，移動小車系統(tǒng)根據(jù)空間坐標信息進行精確定位。

總控制臺監(jiān)控應用系統(tǒng)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)放在視頻服務器，便于監(jiān)控模塊進行環(huán)境可視化監(jiān)控和圖像空間坐標計算。

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，兩者配合進行平面位置和危化溶液液面的高度位置的數(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標準協(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為本發(fā)明的?；芤捍鎯ο到y(tǒng)結(jié)構圖。所述?；芤捍鎯ρb置，主要用來安全存儲和可靠轉(zhuǎn)運移動機器人定量提取到的危化溶液，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。

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、連桿機構、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蓋，氣動密封蓋底部放置3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。氣動密封蓋尾部固定連桿機構，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。

活動氣缸由氣動活塞和氣缸缸體組成，氣動活塞呈圓柱狀，與連桿機構末端通過鉸鏈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。

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，與進入容腔的取液量杯形成面接觸。其測量數(shù)值經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后通過數(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，在多關節(jié)機械臂系統(tǒng)進行取液、放液等相關動作時，移動小車PLC控制器發(fā)送相應控制信號給氣動裝置電磁閥控制端，驅(qū)動密封頂蓋配合機械臂執(zhí)行打開和關閉操作。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。

圖16為本發(fā)明的電源系統(tǒng)模塊構成圖。所述電源系統(tǒng)，用來為移動機器人系統(tǒng)提供移動和操作的電力能源，由蓄電池、無線充電裝置以及電源管理系統(tǒng)組成，其中蓄電池為高密度鋰電池串，直接為移動小車、多關節(jié)機械臂等提供直流電源；無線充電裝置采用磁耦合諧振的能量傳輸方式，對移動機器人的供電電池進行非接觸無線充電，由發(fā)射模塊、接收模塊等兩部分組成；電源管理系統(tǒng)是一個電池串管理系統(tǒng)，由數(shù)據(jù)采集模塊、控制保護模塊、存儲模塊、均衡模塊等組成，用來進行電池單體狀態(tài)監(jiān)控、電池單體均衡、電池充電管理以及電池安全保護等。

移動小車無線充電系統(tǒng)由電源發(fā)射模塊和電源接收模塊組成，電源發(fā)射模塊由無線發(fā)送裝置和發(fā)送電源管理模塊組成，其中無線發(fā)送裝置由高頻激勵源、諧振發(fā)射電路以及中繼電路組成，整個裝置安裝于安全區(qū)域地面上，構成電源發(fā)射端；電源接收模塊由無線接收裝置和接收電源管理模塊組成，其中無線接收裝置由整流穩(wěn)壓電路、諧振接收電路和電源管理模塊組成，安裝于移動小車底部，構成電源接收端。

移動機器人電源管理系統(tǒng)實時監(jiān)測所攜帶電池剩余電量，并通過無線WIFI實時上報總控制臺，如果在非工作狀態(tài)時剩余電量低于一定閾值，則總控臺分配任務時會提示移動機器人系統(tǒng)電量不足，需要充電；如果在執(zhí)行工作中電量低于一定閾值，則移動機械人向總控臺發(fā)出低電量告警，中斷當前的取液或移動操作，保存當前任務狀態(tài)，等待總控臺下達充電指令。移動機器人充電時，先沿導航磁帶自動移動到充電發(fā)射裝置安裝位置，此時電源輸入端將交流市電經(jīng)無線充電裝置轉(zhuǎn)換成24V直流電，并存儲在鋰電池組里。完成充電后，移動機器人恢復之前的任務狀態(tài)，繼續(xù)進行相應操作。

基于上述系統(tǒng)的組成，我們提出一種?；芤憾刻崛》椒ǎ摲椒ㄟm用于高危?；芤喝訖z測階段，通過引入一種基于移動機器人的?；芤禾崛∠到y(tǒng)，將高危環(huán)境中使用的固定式?；芤禾崛⊙b置替換成防輻射耐腐蝕的移動機器人?；芤禾崛⊙b置，從而實現(xiàn)危化溶液高效、定量、可視化提取操作。

該方法所涉及的?；芤禾崛∠到y(tǒng)包括一個總控制臺、一套無線網(wǎng)絡通訊系統(tǒng)、一個集成移動小車、多關節(jié)機械臂、多功能夾具、存儲裝置以及視覺超聲波檢測系統(tǒng)的移動機器人系統(tǒng)。采用控制機構和執(zhí)行機構分離的思想，移動機器人系統(tǒng)作為執(zhí)行機構放置在高危環(huán)境內(nèi)部，總控制臺作為控制機構放在高危環(huán)境外部，總控制臺通過無線網(wǎng)絡通訊系統(tǒng)實時控制高危環(huán)境中的移動機器人系統(tǒng)。

該方法所涉及的危化溶液提取系統(tǒng)中的移動小車和多關節(jié)機械臂等本體采用質(zhì)輕耐腐蝕材料，在各本體表面敷設耐輻射的鉛皮；控制系統(tǒng)采用屏蔽性好抗干擾能力強的PLC，并密封在移動小車內(nèi)部，完全與高危環(huán)境隔離，只讓伺服電機、步進電機等電氣執(zhí)行部件處在高危環(huán)境中。

圖17為本發(fā)明的移動機器人危化溶液提取整體流程圖。一種基于移動機器人的危化溶液處理方法包括移動機器人系統(tǒng)狀態(tài)檢測及初始化工作的方法；總控制臺系統(tǒng)危化溶液抽取指令下達的方法；移動路徑自動規(guī)劃的方法；?；芤鹤詣佣ㄎ灰约岸刻崛〉姆椒?；?；芤喊踩鎯Α⑦\輸及定點放置的方法；多余?；芤鹤詣犹幚淼姆椒ǎ灰苿訖C器人先按照高危環(huán)境外部總控制臺給定指令移動到不同的?；芤簠^(qū)自動進行危化溶液定量提取，并用移動小車上的?；芤捍鎯ρb置存放；再把?；芤哼\輸?shù)綑z測指定位置完成定點?；芤悍胖萌蝿?，等待人工拿走?；芤哼M行后續(xù)的各項檢測工作；最后移動機器人將處理過的或多余?；芤哼\輸?shù)轿；芤禾幚聿鄄闯绦蛱幚怼?/p>

圖18為本發(fā)明的移動機器人系統(tǒng)狀態(tài)檢測和初始化流程。該方法中考慮高危環(huán)境對鋪在地上的磁帶影響較小，故移動小車采用磁帶感應的方式進行導航移動。事先在地面上按照系統(tǒng)原理圖用導航磁帶鋪設出小車行進路線，規(guī)劃出起始點、檢測點、中間點、?；芤撼攸c以及多余?；芤禾幚睃c等關鍵位置點，并用地標磁帶標定出關鍵位置點。

該方法涉及移動小車從起始點經(jīng)中間點和?；芤狐c到檢測點的移動操作，故需要在移動小車控制系統(tǒng)內(nèi)部事先編制和存儲路徑移動程序塊。同時也涉及利用機械臂進行?；芤憾刻崛?、危化溶液放回存儲裝置、檢測臺定點放液、多余?；芤鹤詣訆A取、多余?；芤禾幚淼鹊湫筒僮鳎市枰孪仍跈C械臂控制系統(tǒng)中編制和儲存相應操作程序塊。

進行?；芤禾崛≈埃柽M行導航磁帶鋪設，即先在地面上按照系統(tǒng)原理圖用導航磁帶鋪設出小車移動路線，規(guī)劃出起始點A、中間點B、?；芤撼攸cC、檢測點D、以及?；芤禾幚聿埸cE等關鍵位置點，其中起始點只有一個，標記為A；中間點有兩個，標記為B1、B2；?；芤撼攸c有三個，標記為C1、C2、C3；檢測點有三個，標記為D1、D2、D3；?；芤禾幚聿埸c有一個，標記為E。然后用與關鍵點對應的地標磁帶在地面上標定出關鍵位置點。

磁帶鋪設后，進行多關節(jié)機械臂坐標系標定，具體包括多關節(jié)機械臂坐標系建立和零點位置設定，其中多關節(jié)機械臂坐標系包括基本坐標系Base、參考坐標系Ref、工具坐標系Tool，基本坐標系Base設置在多關節(jié)機械臂基座底部中心，考坐標系Ref設置在多關節(jié)機械臂末端伸縮軸底部中心，工具坐標系Tool1設置在定量取液裝置底部中心，工具坐標系Tool2設置在氣動三爪卡盤裝置卡盤上表面中心。坐標系建立之后進行多關節(jié)機械臂零點位置設置，以多關節(jié)機械臂的小臂側(cè)面與頂面分別與移動小車側(cè)面與頂面保持平行、多功能夾具與移動小車和地面保持一定安全距離為準則。

磁帶鋪設后，進行多關節(jié)機械臂坐標系標定，具體包括多關節(jié)機械臂坐標系建立和零點位置設定，其中多關節(jié)機械臂坐標系包括基本坐標系Base、參考坐標系Ref、工具坐標系Tool，基本坐標系Base設置在多關節(jié)機械臂基座底部中心，考坐標系Ref設置在多關節(jié)機械臂末端伸縮軸底部中心，工具坐標系Tool1設置在定量取液裝置底部中心，工具坐標系Tool2設置在氣動三爪卡盤裝置卡盤上表面中心。坐標系建立之后進行多關節(jié)機械臂零點位置設置，以多關節(jié)機械臂的小臂側(cè)面與頂面分別與移動小車側(cè)面與頂面保持平行、多功能夾具與移動小車和地面保持一定安全距離為準則。

多關節(jié)機械臂坐標標定之后，進行高危環(huán)境狀態(tài)檢測、移動機器人系統(tǒng)狀態(tài)檢測、人工取液工具準備等內(nèi)容，保證危化溶液提取的環(huán)境參數(shù)在合理范圍以及?；芤禾崛⊙b置正?？捎谩Ｎ；芤涵h(huán)境狀態(tài)檢測包括，通過安裝在高危環(huán)境下的環(huán)境監(jiān)控傳感器及時獲取環(huán)境狀態(tài)參數(shù)，并保存在歷史數(shù)據(jù)庫中，便于歷史環(huán)境數(shù)據(jù)查詢。移動機器人系統(tǒng)狀態(tài)檢測包括，總控制臺給移動機器人系統(tǒng)發(fā)送自檢指令，則移動機器人系統(tǒng)進行電池電量查詢、移動小車狀態(tài)查詢、機器臂各關節(jié)狀態(tài)查詢、多功能夾具狀態(tài)查詢、視頻超聲波檢測系統(tǒng)查詢等功能模塊自檢，所有模塊檢查后，將狀態(tài)參數(shù)反饋總控制臺。同時需事先進行檢測臺人工取液準備，準備防輻射耐腐蝕的橡膠手套，用于取出移動機器人按指令要求取出的?；芤海粰z查指定放液點是否被占用，沒有則將取液量杯放置在檢測臺指定位置。

另外，移動機器人系統(tǒng)自檢一切正常后開始初始化工作，即移動小車回到路徑移動起始點，機械臂各個關節(jié)回到零點位置，多功能夾具?；芤禾崛⊙b置垂直于地面，危化溶液存儲裝置密封蓋關閉，?；芤捍鎯ο到y(tǒng)密封蓋關閉，視頻超聲波檢測系統(tǒng)開始準備工作等。

初始化工作后，移動小車進入空閑狀態(tài)，等待總控制臺下達進一步的指令。

圖19為本發(fā)明的指令下達及數(shù)據(jù)通訊過程圖。移動機器人系統(tǒng)各項準備工作完成以后，則要根據(jù)檢測需求設定檢測用量方案，包括檢測液體編號、檢測液體量、檢測液指定放液點等三個參數(shù)，再在總控制臺應用監(jiān)控系統(tǒng)中的取液信息輸入和指令發(fā)送模塊中輸入三個檢測用量參數(shù)，總控制臺根據(jù)移動機器人系統(tǒng)中的危化溶液存儲裝置允許的取液量杯數(shù)量和體積、檢測臺被占用情況以及?；芤簠^(qū)危化溶液存儲類型和存儲量等信息檢查用量方案的合理性。

方案合理性檢查條件及詳細步驟：

（1）當前存儲裝置中的取液量杯的數(shù)量為N個，每個體積M升，那么檢測液體編號的個數(shù)<=N，每種檢測液體量<=M升；

（2）用于放置檢測液的檢測臺中有P個檢測點，且有Q個被占用，那么檢測液體編號的個數(shù)<=P-Q；

（3）?；芤簠^(qū)存儲的危化溶液有R種類型，每種有T升存儲量，且每種存儲量不能小于S升，那么被允許提取的檢測液體編號個數(shù)<=R，且每種檢測液體量<=T-S升。

方案合理性檢查之后，總控制臺根據(jù)檢測用量參數(shù)確定出從起始點A到?；芤禾幚聿埸cE等關鍵位置點。詳細地規(guī)劃過程為，檢測用量參數(shù)包括檢測液體編號、檢測液體量、檢測液指定放液點，那么根據(jù)檢測液體編號確定?；芤撼攸c，根據(jù)檢測液指定放液點確定檢測點，在總控制臺監(jiān)控應用系統(tǒng)取液信息輸入和指令發(fā)送模塊里面根據(jù)這些條件確定出?；芤撼攸cC和檢測點D，在和固定的起始點A，中間點B以及?；芤禾幚聿埸cE串聯(lián)起來，可確定出從A到E，再回到A這樣的關鍵位置點。

關鍵位置點確定之后，發(fā)送關鍵位置點和用量參數(shù)?？偪刂婆_通過無線通訊系統(tǒng)將關鍵位置點和檢測用量參數(shù)發(fā)送給移動機器人系統(tǒng)中的移動小車，移動小車接收到相關信息后，反饋給總控制臺信息接受情況，等待總控制臺發(fā)送啟動或停止等下一步行動指令。

圖20為本發(fā)明的移動路徑過程規(guī)劃圖。總控制臺通過無線通訊系統(tǒng)發(fā)送啟動指令給移動小車，即發(fā)送一個觸發(fā)移動小車開始工作的程序指令；移動小車接收啟動指令后根據(jù)總控制臺先前發(fā)送的關鍵位置點信息進行移動路徑規(guī)劃，完成后將規(guī)劃信息存儲在移動小車PLC控制器；接著移動小車PLC控制器將規(guī)劃出的工作命令和液體提取參數(shù)等信息發(fā)送給多關節(jié)機械臂系統(tǒng)PLC控制器；機械臂PLC控制器接收到信息后，進行多關節(jié)機械臂操作路徑規(guī)劃，完成后將規(guī)劃信息存儲在多關節(jié)機械臂PLC控制器。移動機器人系統(tǒng)規(guī)劃完成后，反饋給總控制臺規(guī)劃情況，等待總控制臺發(fā)送下一步行動指令。

移動小車的移動路徑規(guī)劃是指：

1）在移動小車PLC控制器內(nèi)部編制路徑規(guī)劃程序塊，該程序塊首先接收總控制臺發(fā)送的啟動指令后根據(jù)總控制臺發(fā)送的關鍵位置點運算移動回路、運動方向、以及移動速度等運動參數(shù)；

2）利用路徑規(guī)劃程序塊根據(jù)高危環(huán)境下設置的空間坐標運算移動小車關鍵位置點的設計位置信息，作為導航傳感器和地標傳感器檢測到的實際位置信息的比對參考點；

3）利用路徑規(guī)劃程序塊在關鍵位置點之間導航路徑兩邊規(guī)劃1個輔助位置點，并運算出局部輔助移動回路、運動方向、以及移動速度等運動參數(shù)等，當導航路徑被阻礙時，移動小車可選用輔助回路繞開障礙繼續(xù)移動；

4）在路徑規(guī)劃程序塊內(nèi)部添加移動小車導航數(shù)據(jù)處理子程序塊，該子程序塊被用于處理磁導航傳感器和磁地標傳感器檢測到的數(shù)據(jù)，確保移動小車沿著導航磁條或輔助移動回路移動；

5）利用路徑規(guī)劃程序塊規(guī)劃出位置與信號映射，即移動小車移動到不同關鍵位置點給多關節(jié)機械臂PLC控制器發(fā)送的工作命令和?；芤禾崛?shù)，給總控制臺反饋的實際位置信息和設備運行狀況，其中工作命令包括?；芤憾刻崛?、?；芤悍呕卮鎯ρb置、檢測臺定點放液、多余?；芤鹤詣訆A取、多余?；芤簝A倒等5個典型的多關節(jié)機械臂操作工作命令，可分別用M01~ M05標識，?；芤禾崛?shù)主要包括每種?；芤旱奶崛×?，可分別用P01~ P03標識。

多關節(jié)機械臂的操作規(guī)劃是指：

1）在多關節(jié)機械臂PLC內(nèi)部編制操作規(guī)劃程序塊，該程序塊首先接收來自移動小車發(fā)送的工作命令和危化溶液提取參數(shù)等信息；

2）利用操作規(guī)劃程序塊規(guī)劃機械臂典型操作過程，根據(jù)實際?；芤禾崛〖疤幚聿僮魈卣鳎崛∥；芤憾刻崛　⑽；芤悍呕卮鎯ρb置、檢測臺定點放液、多余?；芤鹤詣訆A取、多余?；芤禾幚淼?個典型操作過程，然后在操作規(guī)劃程序塊內(nèi)部編制機械臂典型操作子程序塊；

3）利用操作規(guī)劃程序塊設置每個過程的移動規(guī)則，運算移動路徑、移動方向以及移動速度，然后結(jié)合總控制臺發(fā)送的?；芤禾崛?shù)一同修改機械臂操作程序塊，使之適用不同的危化溶液提取要求；

4）對工作命令進行解析，利用操作規(guī)劃程序塊根據(jù)一定的規(guī)則將不同的工作命令與對應修改后的操作程序塊綁定，構成工作命令與操作程序塊的一一映射。

另外，移動小車移動回路描述為，移動小車開始從起始點A出發(fā)，磁帶導航經(jīng)中間點B到指定廢點C，完成?；芤憾刻崛『臀；芤捍鎯?，移動小車導航移動到檢測臺D，人工進行?；芤簷z測后，運輸多余?；芤旱轿；芤禾幚聿埸cE，最后移動小車回到起始點A。

圖21為本發(fā)明的?；芤鹤詣佣ㄎ缓投刻崛∵^程。移動小車按圖20所述步驟規(guī)劃的路徑從起始點A移動到指定?；芤狐cC，之后發(fā)送控制信號給多關節(jié)機械臂系統(tǒng)，命令其開始準備工作。首先多關節(jié)機械臂系統(tǒng)末端的多功能夾具裝置中的定量取液裝置轉(zhuǎn)動到工作位；接著多關節(jié)機械臂抬高至安全高度，在視覺超聲波檢測系統(tǒng)中的視覺模塊引導下運動到指定?；芤撼乩锩妫_定出平面位置，同時視覺超聲波檢測系統(tǒng)中的超聲波模塊開始工作，檢測出?；芤阂好媾c取量裝置之間的距離，確定出高度位置；然后多關節(jié)機械臂PLC控制器根據(jù)檢測到的平面位置和高度位置確定出定量取液裝置空間位置坐標，并控制定量取液裝置按一定速度深入?；芤好嬉韵乱欢ň嚯x，進行第一次?；芤憾课?，待吸取量達到設定值后，將?；芤恨D(zhuǎn)移到存儲裝置的取液量杯中；然后根據(jù)先前接收到的取液指令和路徑規(guī)劃，移動小車轉(zhuǎn)移到下一個?；芤狐c，進行第二次?；芤憾课。c此類推，直到完成所有指定危化溶液點的定量取液操作。

具體的，多關節(jié)機械臂PLC控制器的IO口可直接發(fā)出控制信號，驅(qū)動氣動系統(tǒng)中的真空發(fā)生器組件，控制氣動系統(tǒng)的準確吸氣和放氣，那么定量取液裝置每次取液時利用這種原理實現(xiàn)液體精確吸取與排出。

定量取液裝置中的取液容器本體分為上、下容器室，上容器室為氣體室，下容器室為液體室。首先氣動系統(tǒng)開始吸氣，使氣體室充滿工作氣體，同時將定量取液裝置中的移動活塞緩慢推至最底部，排空液體室。多關節(jié)機械臂PLC控制器控制機械臂緩慢向下運動，使定量取液裝置深入危化溶液面以下一定距離，氣動系統(tǒng)開始排氣，使定量取液裝置中的活塞緩慢向上移動，同時定量取液裝置上的傳感器不斷檢測抽取的?；芤毫浚龣z測的?；芤毫颗c設定值相等時，氣動系統(tǒng)停止排氣，?；芤禾崛〔僮魍瓿伞Ｈ缓蠖嚓P節(jié)機械臂PLC控制器發(fā)送取液完成信號給?；芤捍鎯ρb置，?；芤捍鎯ρb置及時檢測危化溶液存儲情況，控制氣動系統(tǒng)打開密封頂蓋，做好存儲?；芤簻蕚洹６嚓P節(jié)機械臂PLC控制器根據(jù)?；芤捍鎯π畔⑦x擇新的取液量杯，然后在氣動系統(tǒng)的作用下將?；芤鹤⑷脒x擇的取液量杯。最后關閉?；芤捍鎯ρb置密封頂蓋，防止?；芤恨D(zhuǎn)運過程中散落，至此完成?；芤捍鎯Σ僮?。與此同時，多關節(jié)機械臂各個關節(jié)回到零點位置，準備接受指令進行下一次動作。

圖22為本發(fā)明的?；芤哼\輸和定點放液流程。移動小車按圖20所述步驟規(guī)劃的路徑從?；芤狐c移動到指定檢測點。運輸過程中，?；芤捍鎯ρb置保持封閉，直到到達指定位置。然后進行定點放液操作，首先移動小車PLC控制器控制?；芤捍鎯ρb置的氣動密封頂蓋打開，再發(fā)送放液指令給多關節(jié)機械臂系統(tǒng)，多關節(jié)機械臂系統(tǒng)接受放液指令后移動至?；芤捍鎯ρb置上方，其PLC控制器控制多功能夾具裝置的夾具本體轉(zhuǎn)動180度，換成氣動三爪卡盤裝置，再將存儲危化溶液的取液量杯從?；芤捍鎯ρb置中夾取出至一定高度，在視覺超聲波系統(tǒng)的引導下找到指定放液點和放液高度，最后調(diào)用事先編制好的檢測臺定點放液程序塊將取液量杯放置在指定檢測臺。如此重復，直到提取的?；芤喝糠胖迷跈z測臺指定位置。定點放液操作完成以后，移動機械人系統(tǒng)停止動作，等待下一步動作指令。

圖23為本發(fā)明的多余危化溶液自動處理流程。人工進行危化溶液檢測后，多余?；芤哼B同取液量杯放回原檢測臺放液點，按下放液點旁邊的與總控制臺連接的檢測完成按鈕，那么總控制臺發(fā)送多余?；芤禾幚碇噶罱o移動機器人系統(tǒng)，命令其將多余?；芤恨D(zhuǎn)移到危化溶液處理槽點進行處理。總控制臺上的檢測完成按鈕通過OI擴展卡與主控計算機相連，其信號信息輸入主控計算機上的監(jiān)控應用系統(tǒng)，經(jīng)處理后通過監(jiān)控應用系統(tǒng)的取液信息輸入和指令發(fā)送模塊將多余?；芤禾幚碇噶畎l(fā)送給移動小車系統(tǒng)。

移動機器人系統(tǒng)接收多余危化溶液處理指令，用多關節(jié)機械臂系統(tǒng)中的氣動三爪卡盤裝置將取液量杯夾回?；芤捍鎯ρb置并密封，再按照圖20規(guī)劃的路徑移動到危化溶液處理槽點，在視覺超聲波系統(tǒng)的引導下找到危化溶液處理槽放液位置，調(diào)用事先編制好的多余危化溶液處理程序塊執(zhí)行多余?；芤禾幚砉ぷ?。完成多余?；芤禾幚砉ぷ骱螅凑請D20規(guī)劃的路徑移動到起始點，等待總控制發(fā)出下一步動作指令。至此完成第一輪?；芤禾崛〖疤幚砣蝿?。

完成第一輪?；芤禾崛〖疤幚砣蝿蘸?，移動機器人系統(tǒng)查詢是否有新的任務，沒有則停止動作結(jié)束工作，并反饋給總控制臺任務完成的信號；有則開始準備第二輪取液任務，如此重復，直到完成所有取液任務。

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