【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于移液机器人控制系统领域，具体说是一种任务可配置的全流程自动化机器人移液系统及方法。
技术介绍
1、移液机器人是现代实验室自动化领域的关键技术之一，其应用范围涵盖了生命科学、医学研究、药物开发、临床诊断等诸多领域。移液机器人通过精准、高效地进行液体操作，实现了实验室操作的自动化和标准化，大大提升了实验效率和数据准确性。传统实验室液体操作通常需要繁琐的手工操作，不仅耗时耗力，而且易受到操作者技术水平和操作环境的影响。移液机器人通过自动化操作，能够实现液体的定量、精准分配，从而避免了人为误差，提高了实验的可重复性和准确性。另外，移液机器人具备高通量处理能力，能够同时处理多个样品或试剂，大大提高了实验处理效率。在药物筛选、基因测序、蛋白质分析等领域，移液机器人的高通量处理能力尤为突出，有助于加快科研进展和药物研发速度。
2、研发国产移液机器人对于推动实验室自动化技术的发展、满足国内市场需求、降低设备采购成本、保障国家安全以及促进产业转型升级具有重要意义。通过自主创新，提供贴近用户需求的高效、精准移液操作设备，不仅能够推动我国实验室自动化产业的发展，还有助于提升国内科研实验水平，促进经济持续发展。但目前，许多自动化机器人移液系统的任务流程是固定的，缺乏灵活性和可配置性，无法适应不同实验或操作的变化需求。所以，设计出一种具有可配置任务流程、用户可以根据实验要求自由设定移液任务的步骤和顺序，实现灵活多样的实验操作的自动化机器人移液系统尤为重要。
技术实现思路
1、本专利
2、本专利技术为实现上述目的所采用的技术方案是：一种任务可配置的全流程自动化机器人移液系统，包括：分层控制模块、人机交互模块、示教读写模块、数据通信模块、运动控制模块以及执行机构模块；
3、分层控制模块，用于构建软件框架，将工作任务逐层拆分为各个子动作，每个动作再拆分为各个子步骤，并通过数据通信模块将控制指令传达到运动控制模块，还实时反馈移液任务进程至人机交互模块；
4、人机交互模块与分层控制模块连接，用于配置移液任务得到配置信息，并发送至分层控制模块，同时接收运动控制模块反馈出机器人系统的运行状态信息和分层控制模块反馈的移液任务进程；
5、示教读写模块，用于记录保存机器人系统移液过程中的各个工位的工位信息和配置信息；系统工作时，分层控制模块读取工位信息和配置信息后生成实验步骤指令，使机械臂按照移液实验流程，并下发控制指令至运动控制模块，按顺序将末端的移液枪移动到对应工位上方，从而完成移液任务；
6、数据通信模块，用于制定不同模块间通信的协议，完成运动控制模块与执行机构模块之间的通信；
7、运动控制模块与执行机构模块连接，用于根据示教读写模块提供的系统工位信息及分层控制模块下发的工作任务指令，解析出执行机构模块的位置、速度、力矩信息，并通过数据通信模块传递给执行机构模块；
8、执行机构模块，用于通过输入运动控制模块发送的位置、速度、力矩信息，实现改变完成机器人系统的工作任务。
9、所述执行机构模块，包括：移液枪、设置在工作台上的机械臂、安装枪头工位、吸取试剂工位、废弃枪头工位、样品标记工位以及荧光标记机构；
10、所述移液枪设于机械臂的末端，安装枪头工位、吸取试剂工位、废弃枪头工位、以及样品标记工位均设于机械臂的移动空间范围内；
11、所述样品标记工位有多个，分别按照要求顺序呈行排列于机械臂前端；
12、所述安装枪头工位、吸取试剂工位、废弃枪头工位依次呈列排布在机械臂左右两侧中任意一侧；
13、所述荧光标记机构，包括电磁阀以及与多个样品标记工位连接的真空泵；每一个样品标记工位都对应设有一个电磁阀，作为抽真空的开关；当真空泵打开后，开启对应样品标记工位的电磁阀，使滴加在该样品标记工位上的荧光试剂从一侧抽取到另一侧，完成荧光标记。
14、还包括实时监控模块；
15、所述实时监控模块，包括：相互连接的工业相机和opencv库；
16、所述工业相机设于机械臂和移液枪的视场范围内，用于拍摄；
17、所述opencv库，用于根据移液实验要求，对工业相机拍摄的图像进行包括灰度图像、边缘检测、目标跟踪处理，并将得到处理结果发送至人机交互模块。
18、还包括语音提示模块，包括语音库、音频输出接口以及扬声器；
19、所述语音库，用于导入存储预先录制好的音频文件或语音合成技术生成的语音文本；并根据设定机械臂和移液枪的不同范围的状态阈值，输出对应音频文件通过音频输出接口至扬声器进行语音提示或语音报警工作。
20、所述工位信息和配置信息，包括：移液枪安装枪头工位位置及配置信息、吸取试剂工位位置及配置信息、试剂滴加工位位置及配置信息和废弃枪头工位位置及配置信息。
21、一种任务可配置的全流程自动化机器人移液系统的控制方法，包括以下步骤：
22、1)启动机器人系统，示教读写模块记录移液任务中的工位信息，并将记录的工位信息传输至分层控制模块；
23、2)通过人机交互模块配置移液任务，分层控制模块根据移液任务的配置信息与示教记录的工位信息进行分层，完成移液任务构建；
24、3)人机交互模块发出运行指令至机器人系统，语音提示模块开始播报启动语音，同时，机器人系统开始按照分层控制模块构建的移液任务执行；
25、4)运动控制模块根据移液任务，解析出执行机构单位时间的位置、速度、力矩信息的控制指令，并发送至控制执行机构；
26、5)执行机构模块控制完成对应执行机构所需完成的运动。
27、步骤2)中，所述分层控制模块根据移液任务的配置信息与示教记录的工位信息进行分层，完成移液任务构建，具体为：
28、构建任务类，并在任务类中，构建添加动作函数，用于保存不同的任务信息，即通过压栈的方式将自定义排布的动作类的指针保存到任务类的指针地址，所有子动作均继承自一个动作类；
29、在动作类中，构建添加步骤函数，用于保存不同的动作信息，即通过压栈的方式将自定义排布的步骤类的指针保存到任务类的指针地址，所有子步骤均继承自一个步骤类。
30、所述运动控制模块根据移液任务，解析出执行机构单位时间的位置、速度、力矩信息的控制指令，具体为：
31、1-1)针对作为直线型执行机构的移液枪，根据通信协议下发位置、速度、力的控制指令，即可完成运动控制；
32、1-2)针对机械臂为复杂的执行机构，通过动态链接库，直接调用api函数进行运动控制，或根据机械臂urdf模型、dh参数模型或poe指数积模型，通过机器人运动学与机器人动力学，本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种任务可配置的全流程自动化机器人移液系统，其特征在于，包括：分层控制模块、人机交互模块、示教读写模块、数据通信模块、运动控制模块以及执行机构模块；
2.根据权利要求1所述的一种任务可配置的全流程自动化机器人移液系统，其特征在于，所述执行机构模块，包括：移液枪、设置在工作台上的机械臂、安装枪头工位、吸取试剂工位、废弃枪头工位、样品标记工位以及荧光标记机构；
3.根据权利要求1所述的一种任务可配置的全流程自动化机器人移液系统，其特征在于，还包括实时监控模块；
4.根据权利要求1所述的一种任务可配置的全流程自动化机器人移液系统，其特征在于，还包括语音提示模块，包括语音库、音频输出接口以及扬声器；
5.根据权利要求1所述的一种任务可配置的全流程自动化机器人移液系统，其特征在于，所述工位信息和配置信息，包括：移液枪安装枪头工位位置及配置信息、吸取试剂工位位置及配置信息、试剂滴加工位位置及配置信息和废弃枪头工位位置及配置信息。
6.根据权利要求1～5所述的一种任务可配置的全流程自动化机器人移液系统的控制方法，其特征在于，包括以
7.根据权利要求6所述的一种任务可配置的全流程自动化机器人移液系统的控制方法，其特征在于，步骤2)中，所述分层控制模块根据移液任务的配置信息与示教记录的工位信息进行分层，完成移液任务构建，具体为：
8.根据权利要求6所述的一种任务可配置的全流程自动化机器人移液系统的控制方法，其特征在于，所述运动控制模块根据移液任务，解析出执行机构单位时间的位置、速度、力矩信息的控制指令，具体为：
9.根据权利要求6所述的一种任务可配置的全流程自动化机器人移液系统的控制方法，其特征在于，所述执行机构模块控制完成对应执行机构所需完成的运动，具体为：
10.根据权利要求6所述的一种任务可配置的全流程自动化机器人移液系统的控制方法，其特征在于，在机器人系统运行的过程中，实时监控模块将采集到的机械臂或移液枪的影像实时投放至人机交互模块中，以方便实验人员查看。
...【技术特征摘要】
1.一种任务可配置的全流程自动化机器人移液系统，其特征在于，包括：分层控制模块、人机交互模块、示教读写模块、数据通信模块、运动控制模块以及执行机构模块；
2.根据权利要求1所述的一种任务可配置的全流程自动化机器人移液系统，其特征在于，所述执行机构模块，包括：移液枪、设置在工作台上的机械臂、安装枪头工位、吸取试剂工位、废弃枪头工位、样品标记工位以及荧光标记机构；
3.根据权利要求1所述的一种任务可配置的全流程自动化机器人移液系统，其特征在于，还包括实时监控模块；
4.根据权利要求1所述的一种任务可配置的全流程自动化机器人移液系统，其特征在于，还包括语音提示模块，包括语音库、音频输出接口以及扬声器；
5.根据权利要求1所述的一种任务可配置的全流程自动化机器人移液系统，其特征在于，所述工位信息和配置信息，包括：移液枪安装枪头工位位置及配置信息、吸取试剂工位位置及配置信息、试剂滴加工位位置及配置信息和废弃枪头工位位置及配置信息。
6....
【专利技术属性】
技术研发人员：赵忆文，王逍，罗阳，姜运祥，刘前前，赵新刚，
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：
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