一种机器人末端移液装置及机器人移液控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种机器人末端移液装置及机器人移液控制方法，包括法兰、安装套管、吸注驱动器、卸载驱动器和移液枪，其中法兰与协作机器人末端连接，安装套管设于所述法兰上，吸注驱动器设于所述安装套管内，卸载驱动器设于所述安装套管一侧，移液枪设于所述安装套管下端，所述移液枪内设有移液枪杆和卸载板，且所述移液枪杆通过所述吸注驱动器驱动移动，所述卸载板通过所述卸载驱动器驱动移动。本发明专利技术能够实现无人条件下的自主移液操作，且操作简单，动作可靠，控制精确。控制精确。控制精确。

【技术实现步骤摘要】
一种机器人末端移液装置及机器人移液控制方法


[0001]本专利技术涉及实验设备
，具体地说是一种机器人末端移液装置及机器人移液控制方法。

技术介绍

[0002]随着技术发展，目前多自由度协作机器人运动控制技术和力控制技术已经趋于成熟，其可以控制机器人末端在其工作空间内实现直线运动，并且可以指定速度和加速度，在许多机器人系统中，可以通过运行机器人来“示教”位置和姿态，也即将操作臂运行至一期望位置并将这一位置记录下来，在用这种方法示教时，机器人不必要求返回原来的位姿，此位姿可以是工件位置也可以是夹具位置，这样进行姿态示教就可以完全不需要程序员处理姿态描述问题。
[0003]在实验室中经常需要进行移液操作，而移液器(又称移液枪)等定量转移液体的装置已经获得广泛应用，在进行分析测试方面的研究时，只需将移液枪(器)垂直插入滴管中即可拾取转移，并且移液枪可以实现自动吸注。但现有技术中的移液器通常为人工操作，由于人在某一方向施加恒力时很容易产生偏移，因此操作相对繁琐，比如需稍微用力左右微微转动即使其与滴管紧密结合，而在多道(如8道或12道)移液枪使用时，则先将移液枪的第一道对准第一个滴管，然后倾斜地插入并前后方向摇动实现卡紧，滴管卡紧的标志是略为超过O型环，并可以看到连接部分形成清晰的密封圈。如果能将移液器与多自由度协作机器人相结合，由于机器人可以实现垂直向下施加恒力且不发生力方向的变化，操作会大大简化。另外现在许多场景需要无人化操作以尽可能减少人与人的接触，比如疫情期间的实验操作，将移液器与多自由度协作机器人相结合也可以满足上述要求。
[0004]但实验室环境属于典型的动态非结构化场景，实验室内的设备及操作对象的姿态会动态变化，机器人单一位置控制难以实现接触作业任务，因此这也对机器人的环境感知能力及柔顺操作能力提出了挑战。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种机器人末端移液装置及机器人移液控制方法，能够实现无人条件下的自主移液操作，且操作简单，动作可靠，控制精确。
[0006]本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：
[0007]一种机器人末端移液装置，包括法兰、安装套管、吸注驱动器、卸载驱动器和移液枪，其中法兰与协作机器人末端连接，安装套管设于所述法兰上，吸注驱动器设于所述安装套管内，卸载驱动器设于所述安装套管一侧，移液枪设于所述安装套管下端，所述移液枪内设有移液枪杆和卸载板，且所述移液枪杆通过所述吸注驱动器驱动移动，所述卸载板通过所述卸载驱动器驱动移动。
[0008]所述移液枪的壳体上端设有连接端管与所述安装套管下端连接，所述移液枪内设有多个移液枪杆以及驱动各个移液枪杆同步移动的驱动座，所述驱动座上设有连接轴，且
所述连接轴穿过所述连接端管后插入至所述安装套管中并与所述吸注驱动器的吸注驱动轴相连。
[0009]所述安装套管下端设有卡槽，所述连接端管设有卡块卡置于所述卡槽中。
[0010]所述安装套管下端设有一个卸载推块，且所述卸载推块一端与所述卸载驱动器的输出轴相连，另一端设有套环套装于所述连接端管上，所述卸载板上端与所述套环连接。
[0011]所述吸注驱动器一侧设有凸出部，所述安装套管上部一侧设有固定槽，且所述吸注驱动器的凸出部卡装于所述固定槽中，所述安装套管后端设有预紧螺钉。
[0012]所述法兰一侧设有卸载固定座，所述卸载固定座包括与所述法兰连接的连接件以及设于所述连接件前端的安装槽口，所述卸载驱动器安装于所述安装槽口上且输出轴由所述安装槽口穿过。
[0013]一种机器人移液控制方法，包括协作机器人、视觉相机、目标识别物以及权利要求1所述的机器人末端移液装置，所述视觉相机和机器人末端移液装置均设于协作机器人末端，所述协作机器人设于一个基座上，包括如下步骤：
[0014]步骤一：将目标识别物设于工作台面上建立标识物坐标系(marker坐标系)，并对视觉相机外参标定，构建机器人视觉系统；
[0015]步骤二：布置工作台面形成多个操作路点；
[0016]步骤三：标定协作机器人末端在基座的base坐标系内的初始点P1以及在marker坐标系内的初始点P2，并求出协作机器人末端移动到与marker坐标系下的初始点P2位姿重合时，此时协作机器人末端相对于base坐标系的位姿
[0017]步骤四：标定各个操作路点Pi相对于P2点的位姿
P2
T
Pi
，并求出协作机器人末端移动到与任一操作路点Pi重合时，此时协作机器人末端相对于base坐标系的位姿
[0018]步骤五：机器人系统控制协作机器人末端移动实现自主移液操作。
[0019]步骤一中，记协作机器人末端相对于基座(12)位姿为
base
T
end
，目标识别物相对于视觉相机(10)位姿为
camera
T
marker
，目标识别物相对于基座位姿为
base
T
marker
，视觉相机相对于协作机器人末端的位姿为
end
T
camera
，基于位姿变换关系得到下式：
[0020]base
T
marker
＝
base
T
endend
T
camera
ꢀꢀ
(1)；
[0021]设协作机器人移动前的
base
T
end
和
camera
T
marker
分别为和协作机器人移动后的
base
T
end
和
camera
T
marker
分别为和则有：
[0022][0023][0024]联立式(2)和(3)可得：
[0025][0026]将上式(4)左右两边同时左乘右乘可得：
[0027][0028]记为A,记为B，记
end
T
camera
为X，则上式(5)可写为：
[0029]AX＝XB；
[0030]解算方程AX＝XB得到X，也即得到视觉相机外参
end
T
camera
，机器人视觉系统构建完成。
[0031]步骤三中，记协作机器人的末端与base坐标系内的初始点P1重合时，此时协作机器人末端相对于基座的位姿为协作机器人末端与marker坐标系的P2点重合时，此时目标识别物相对于视觉相机的位姿为
[0032]当marker坐标系最后一次移动后,marker坐标系相对于base坐标系位姿固定，协作机器人末端由P1运动到P2时有下式成立：
[0033][0034][0035]由上式(7)和(8)可得：
[0036][0037]上式(9)中，由于marker坐标系相对于base坐标系位姿固定，
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种机器人末端移液装置，其特征在于：包括法兰(1)、安装套管(4)、吸注驱动器(6)、卸载驱动器(7)和移液枪(5)，其中法兰(1)与协作机器人(11)末端连接，安装套管(4)设于所述法兰(1)上，吸注驱动器(6)设于所述安装套管(4)内，卸载驱动器(7)设于所述安装套管(4)一侧，移液枪(5)设于所述安装套管(4)下端，所述移液枪(5)内设有移液枪杆(504)和卸载板(502)，且所述移液枪杆(504)通过所述吸注驱动器(6)驱动移动，所述卸载板(502)通过所述卸载驱动器(7)驱动移动。2.根据权利要求1所述的机器人末端移液装置，其特征在于：所述移液枪(5)的壳体上端设有连接端管(505)与所述安装套管(4)下端连接，所述移液枪(5)内设有多个移液枪杆(504)以及驱动各个移液枪杆(504)同步移动的驱动座(501)，所述驱动座(501)上设有连接轴(503)，且所述连接轴(503)穿过所述连接端管(505)后插入至所述安装套管(4)中并与所述吸注驱动器(6)的吸注驱动轴(601)相连。3.根据权利要求2所述的机器人末端移液装置，其特征在于：所述安装套管(4)下端设有卡槽(403)，所述连接端管(505)设有卡块(5051)卡置于所述卡槽(403)中。4.根据权利要求2所述的机器人末端移液装置，其特征在于：所述安装套管(4)下端设有一个卸载推块(3)，且所述卸载推块(3)一端与所述卸载驱动器(7)的输出轴相连，另一端设有套环(301)套装于所述连接端管(505)上，所述卸载板(502)上端与所述套环(301)连接。5.根据权利要求1所述的机器人末端移液装置，其特征在于：所述吸注驱动器(6)一侧设有凸出部(602)，所述安装套管(4)上部一侧设有固定槽(402)，且所述吸注驱动器(6)的凸出部(602)卡装于所述固定槽(402)中，所述安装套管(4)后端设有预紧螺钉(401)。6.根据权利要求1所述的机器人末端移液装置，其特征在于：所述法兰(1)一侧设有卸载固定座(2)，所述卸载固定座(2)包括与所述法兰(1)连接的连接件(201)以及设于所述连接件(201)前端的安装槽口(202)，所述卸载驱动器(7)安装于所述安装槽口(202)上且输出轴由所述安装槽口(202)穿过。7.一种机器人移液控制方法，其特征在于：包括协作机器人(11)、视觉相机(10)、目标识别物(13)以及权利要求1所述的机器人末端移液装置，所述视觉相机(10)和机器人末端移液装置均设于协作机器人(11)末端，所述协作机器人(11)设于一个基座(12)上，包括如下步骤：步骤一：将目标识别物(13)设于工作台面(9)上建立标识物坐标系(marker坐标系)，并对视觉相机(10)外参标定，构建机器人视觉系统；步骤二：布置工作台面(9)形成多个操作路点；步骤三：标定协作机器人(11)末端在基座(12)的base坐标系内的初始点P1以及在marker坐标系内的初始点P2，并求出协作机器人(11)末端移动到与marker坐标系下的初始点P2位姿重合时，此时协作机器人(11)末端相对于base坐标系的位姿步骤四：标定各个操作路点P
i
相对于P2点的位姿
P2
T
Pi
，并求出协作机器人(11)末端移动到与任一操作...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵忆文，赵新刚，高子奇，姜运祥，罗阳，张元林，李英立，江超，魏仁松，刘前前，孙锦程，
申请(专利权)人：中国科学院沈阳自动化研究所，
类型：发明
国别省市：