本發明涉及危化溶液提取及檢測領域，具體說是一種用于危化溶液提取的移動機器人。

背景技術：

生產制造、醫療衛生、核試驗與核電、冶金化工等行業諸多場所會產生大量組分復雜、濃度不均、腐蝕性大、放射性高的危化溶液，對人、動物以及環境極易造成嚴重傷害。此類危化溶液一般采用隔離的辦法存儲在封閉空間中，經過收集存儲、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節，此階段將對危化溶液的成分及含量進行檢測，只有充分檢測后才能找到有效的危化溶液處理方法，只有經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，大部分危化溶液提取采用的是基于真空吸取的方式構建的固定危化溶液提取裝置，該裝置主要由真空泵、吸取管、控制開關以及攝像頭等組成，與危化溶液處理設備一起固定在某個地方，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，不能自由移動操作，當裝置發生故障或危化溶液組分變化的情況下，固定式溶液提取裝置無法勝任抽檢工作，嚴重時造成危化溶液處理暫停，生產線停機，帶來巨大的經濟損失。

另外，許多場合沒有固定式危化溶液提取設備，當提取的危化溶液種類比較多、距離比較遠、工作環境比較惡劣時，需要人進入不同的環境甚至是高危環境中手工操作，出現（1）人較長時間處在惡劣環境中作業，易受到傷害；（2）危化溶液取量不準，作業效率較低；（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節的處理效率和人的安全性。

技術實現要素：

為克服現有技術存在的以上問題，本發明提供了一種用于危化溶液提取的移動機器人，利用移動機器人實現不同高危環境下重復進行危化溶液定量提取的自動化、定量化和標準化操作，從而完全隔離人與高危環境的接觸，達到危化溶液充分檢測的要求。

本發明由以下技術方案實現：

一種用于危化溶液提取的移動機器人，所述移動機器人包括移動小車系統、多關節機械臂系統、夾具系統、視覺超聲波檢測系統及危化溶液存儲系統，且多關節機械臂系統、夾具系統、視覺超聲波檢測系統、危化溶液存儲系統均布置于移動小車系統上，所述移動小車系統分別與多關節機械臂系統和危化溶液存儲系統相連，所述多關節機械臂系統與夾具系統相連，所述移動小車系統和視頻超聲波檢測系統均與總控制臺系統通信連接。

進一步的，所述移動小車系統包括機械本體、控制模塊、驅動模塊、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構；所述控制模塊通過通信模塊和總控制臺系統通信連接，所述控制模塊通過驅動模塊與機械本體相連；所述導航模塊與控制模塊相連；所述控制模塊與多關節機械臂系統相連。

進一步的，所述多關節機械臂系統包括機械臂本體、伺服驅動模塊及控制模塊；所述機械本體包括執行單元、機械臂本體及傳感部件；所述控制模塊包括多關節機械臂PLC控制器和運動控制模塊；所述運動控制模塊通過伺服驅動模塊與執行單元相連；所述多關節機械臂PLC控制器一端與移動小車相連，另一端與傳感部件相連。

進一步的，所述夾具系統包括夾具本體、轉動裝置、定量取液裝置以及氣動三爪卡盤裝置；所述夾具本體分為對稱兩半，對稱面與水平面成45°夾角；所述轉動裝置位于夾具本體內，用于實現夾具本體對稱兩半之間的相對轉動；所述夾具本體水平方向與氣動三爪卡盤裝置連接，垂直方向與定量取液裝置連接。

進一步的，所述視覺超聲波檢測系統包括數據采集處理單元、視覺模塊及超聲波模塊；所述視覺模塊與超聲波模塊分別通過數據采集處理單元與總控制臺通信連接。

進一步的，所述危化溶液存儲系統包括存儲本體、取液量杯及重量傳感器；所述取液量杯位于容腔本體中；所述重量傳感器置于取液量杯底部；所述重量傳感器與移動小車系統相連。

進一步的，還包括電源系統，所述電源系統包括蓄電池組、無線充電模塊以及電源管理模塊；所述電源系統與移動機器人相連；所述電源系統通過通訊網絡實現與總控制臺系統通信連接。

進一步的，所述總控制臺系統包括顯示器、安裝有監控軟件的主控計算機、實時通訊服務器、安裝有后臺數據庫的數據服務器、視頻服務器以及網絡通訊模塊；所述總控制臺與移動機器人通信連接；所述主控計算機通過網絡通訊模塊與實時通訊服務器、數據服務器及視頻服務器通信連接；視頻服務器用于存儲視頻信息和超聲波高度檢測信息。

與現有技術相比，本發明的有益效果如下：

本發明能夠實現危化溶液的精確提取、多余危化溶液自動處理，減少了中間環節，降低了時間成本、人力成本和管理成本；本發明代替人工進行危化溶液提取操作，其危化溶液提取周期縮短1/3，使危化溶液檢測效率得到顯著提高；本發明引入了先進的自動化技術和信息技術，提升了裝置的智能化水平，利于危化溶液提取操作過程的自動化和標準化，也提高了危化溶液處理單位的信息化水平，使之對危化溶液的處理能力得到較大提升；本發明是面向多品種危化溶液的自動化提取過程的，為今后特殊行業的危化溶液提取與檢測管理提供了典范。

本發明綜合移動小車系統的移動靈活性和機械臂的操作靈活性，結合兩者優勢設計可在不同環境中靈活移動、快速操作的危化溶液提取系統，通過無線通訊技術進行實時指令派發和數據交換，達到危化溶液高效提取和靈活處理的目的；

危化溶液提取系統采用外室控制與內室執行部件隔離的模式，其執行部件表面經特殊防輻射耐腐蝕處理，能夠在高危環境等特殊環境下穩定工作，減少人接觸輻射的劑量，降低人的勞動強度和安全風險；

設計基于四個麥克拉姆獨立驅動的危化溶液提取系統中的移動小車，實現移動小車在不同環境中的全方位快速移動，無障礙高效完成危化溶液提取和處理的整個過程。其內部采用三層全封閉結構設計，合理布置系統各個關鍵部件，最大程度利用內部空間，減輕整車質量，提高移動效率；

采用3個回轉軸和一個線性軸的結構設計危化溶液提取系統中的四關節機械臂，相比傳統多關節機械臂，其機械結構更簡單、制造成本低、控制容易實現、性能穩定，同時兼顧大的工作范圍、較高的定位精度以及快速移動操作；

采用90度夾角結構設計危化溶液提取系統中的機械臂末端夾具，夾具集成自動抓取和定量取液功能，功能集成度高，能與機械臂無縫連接，可根據操作指令隨時快速轉換功能部件，減少危化溶液提取過程中夾具換裝時間，提高整個過程的效率；

利用真空發生器組件產生的正壓和負壓來設計危化溶液提取系統中的定量提取裝置，裝置通過主要由固態電容組件組成的液面位置檢測傳感器精確檢測危化溶液提取量，在PLC控制器的實時控制下快速完成危化溶液定量提取。該裝置結構簡單，制造和維護成本低，可重復進行危化溶液提取操作。

附圖說明

圖1為本發明的系統工作原理圖。

圖2為本發明的系統組成框圖。

圖3為本發明的移動機器人結構圖。

圖4為本發明的移動機器人系統控制結構圖。

圖5為本發明的控制指令及傳遞過程網狀圖。

圖6為本發明的無線通訊系統網絡拓撲圖。

圖7為本發明的總控制臺系統軟硬件框架圖。

圖8為本發明的總控制臺軟硬件網絡架構。

圖9為本發明的本發明的總控制臺外形結構圖。

圖10為本發明的移動小車系統模塊框圖。

圖11為本發明的移動小車本體內部結構圖。

圖12為本發明的多關節機械臂系統模塊框圖。

圖13為本發明的夾具裝置系統結構圖。

圖14為本發明的視覺超聲波檢測組成及原理圖。

圖15為本發明的危化溶液存儲系統結構圖。

圖16為本發明的電源系統模塊構成圖。

具體實施方式

以下結合附圖和具體實施方式進一步說明本發明。

根據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，設計一種基于移動機器人的不同高危環境下危化溶液自動定量提取系統，工作原理如圖1所示。整體采用控制機構和執行機構分離的思想，移動機器人系統作為執行機構放置在高危環境內部，總控制臺作為控制機構放在高危環境外部，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、安全要求高的危化溶液隨機定量提取要求的場景，具有良好的靈活性。

如圖2所示：該系統包括總控制臺系統、無線通訊數據傳輸系統、移動小車系統、多關節機械臂系統、多功能夾具系統、視覺超聲波檢測系統、危化溶液存儲系統及電源系統等。其中，移動小車系統、多關節機械臂系統、多功能夾具系統、危化溶液存儲系統以及視覺超聲波檢測系統構成移動機器人系統。

如圖3所示：所述移動機器人包括移動小車系統、多關節機械臂系統、夾具系統、視覺超聲波檢測系統及危化溶液存儲系統，且多關節機械臂系統、夾具系統、視覺超聲波檢測系統、危化溶液存儲系統均布置于移動小車系統上；所述總控制臺系統基于通訊網絡與移動小車系統通信連接，并通過移動小車系統獲取移動機器人上各系統狀態參數，同時發送取液信息和運動指令給移動小車系統；所述移動小車系統接收并轉發總控制臺系統發出的取液信息和運動指令，實現移動機器人在危化溶液采集和放置線路上的移動；所述移動小車系統分別與多關節機械臂系統和危化溶液存儲系統相連，所述多關節機械臂系統與夾具系統相連，所述視頻超聲波檢測系統通過通訊網絡實現與總控制臺系統通信連接。

圖4為移動機器人的系統結構控制圖，總控制臺系統作為指令發送和實時數據處理中心，通過通訊模塊實時與移動小車系統、多關節機械臂系統等主系統，視覺超聲波檢測系統、多功能夾具系統以及危化溶液存儲系統等輔助系統聯系起來，構成高危環境下移動機器人控制系統。

具體的，總控制臺系統通過有線與無線的混合局域網與無線通訊模塊連接，無線通訊模塊通過以太網接口與移動小車系統的PLC控制器相連。移動小車系統與多關節機械臂系統采用主從控制模式，即移動小車系統的PLC控制器作為主站，多關節機械臂系統的PLC控制器作為從站，兩者通過Prifibus DP模塊接口連接，用于執行移動和操作行為，且多關節機械臂基座安裝在移動小車頂部前端。危化溶液存儲系統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，用于危化溶液安全存儲和搬運。多功能夾具系統安裝在機械臂末端，其檢測傳感器、氣動系統電磁閥等通過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。安裝在移動小車內部的電源系統為主系統和輔助系統提供移動、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為本發明的控制指令及傳遞過程網狀圖，系統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送模塊經無線傳輸裝置發送危化溶液提取參數信號、動作指令信號給移動小車系統、視覺超聲波檢測系統以及電源系統，三大系統及其輔助系統自檢無誤后開始工作。移動小車按照指令移動，完成規定任務后發送動作指令給多關節機械臂，使機械臂進行相應的危化溶液提取與抓取操作，機械臂動作的同時危化溶液存儲系統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將現場采集到的視頻信息和超聲波數據采集信息返回給主控臺。電源系統給各個子系統供電，并把電池狀態反饋給總控臺。

圖6為無線通訊系統網絡拓撲圖，在高危環境內外，構建基于IEEE 802.11b/g/a/h通訊協議的WIFI無線網絡，通過WIFI無線網絡為數據載體，連接總控制臺、移動小車系統、多關節機械臂系統、視覺超聲波檢測系統等，構成高危環境下的控制數據、視頻數據、狀態數據等傳輸的有效通道。

通訊系統主要由無線AP、無線數據收發裝置、局域網等組成，其中局域網是基于IEEE802.3通訊協議構建的以太網，總控制臺通過有線的方式直接連接局域網；無線AP和無線數據收發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，無線通訊裝置一端與移動小車系統、視覺超聲波檢測系統、電源系統等通過以太網接口連接，另一端通過WIFI網絡與AP無線連接，從而實現控制數據、視頻數據、狀態數據的高速傳輸。

圖7為本發明的總控制臺系統軟硬件框架圖，總控制臺由顯示器、主控計算機、實時通訊服務器、數據服務器、視頻服務器、網絡通訊模塊等硬件和監控應用系統、后臺數據庫、服務軟件等軟件構成。通過有線與無線混合局域網的方式與移動小車系統、多關節機械臂系統、危化溶液存儲系統、視覺超聲波檢測系統等實時通訊，獲取其狀態參數，同時發送取液信息和運動指令給各個模塊，實現移動機器人的遠程遙控。

監控應用系統基于Windows平臺開發，安裝在主控計算機上，具有基礎數據維護模塊、取液信息輸入和指令發送模塊、移動機器人工作狀態監控模塊、視覺超聲波監控模塊、安全防護報警模塊以及實時數據通訊模塊等六大模塊。

圖8為總控制臺系統的軟硬件網絡架構，主控計算機、數據服務器、視頻服務器等以總線的形式連接在以太網上，通過網絡通訊模塊，主控計算機與各個服務器實時通訊，便于監控軟件進行數據查詢和處理。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，同時抓取各個子系統反饋的狀態數據和傳感數據，并存儲在數據服務器和視頻服務器上。數據服務器上安裝關系型數據庫，為監控軟件提供數據存儲支撐，實時存儲各項操作數據、反饋數據、基礎維護數據、安全運行狀態數據、發送指令歷史數據等。視頻服務器實時存儲視覺超聲波系統采集到的視頻信息和超聲波高度檢測信息。

圖9為本發明的總控制臺的一種外形結構圖，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控，一個用于控制指令發送和接收；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為本發明的移動小車系統模塊框圖，移動小車系統作為整個系統的移動裝置，包括機械本體、控制模塊、驅動模塊、導航模塊、通訊模塊等五個主要部分。所述移動小車系統包括機械本體、控制模塊、驅動模塊、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構；所述控制模塊通過通訊模塊和總控制臺系統相連，所述控制模塊通過驅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為本發明的移動小車系統本體內部結構圖，移動小車機械本體，由小車本體、轉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機械臂安裝孔，通過螺栓連接使移動小車與多關節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，通過螺栓與危化溶液存儲裝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；車體正右側布置有信號收發天線，信號收發天線與小車內部的無線通訊裝置連接，構成小車的無線通訊模塊。

小車內部根據合理利用空間的原則，為三層安裝結構，邏輯連接關系參見“移動機器人系統控制結構圖”，第一層為上層，主要為多關節機械臂的控制部件、無線通訊裝置和視覺超聲波處理裝置，具體多關節機械臂的控制部件包括1個多關節機械臂控制器、1個運動控制模塊、4個機械臂關節的伺服驅動器，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，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動器，氣動系統包括1套危化溶液存儲裝置氣動裝置，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。

移動小車轉向機構采用基于麥克拉姆輪的四輪獨立驅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量的小輥子組成，采用兩端支撐結構，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構和兩個右旋結構，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出的控制指令和反饋小車運行狀態數據；運動控制模塊負責執行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動器。另外，移動小車整體采用上位機與下位機結合的開放式控制模式，其中上位機為總控制臺系統，下位機為移動小車系統的PLC控制器。

驅動模塊：移動小車驅動采用直流伺服電機驅動器和直流伺服電機，直流伺服電機驅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送數字量高速脈沖信號給伺服驅動器，伺服驅動器采用位置控制模式根據控制信號和伺服電機反饋的信號產生脈沖形式的PWM信號，經功率放大后驅動伺服電機，伺服電機根據伺服驅動器發出的脈沖和方向信號進行啟動、停止、反轉以及變速等動作。

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，據此移動小車自動調整，確保沿磁條前行。地標傳感器不斷讀取地標磁條，并據此判斷運行位置和改變運行狀態。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天線組成，其中無線通訊裝置為無線數據收發裝置，安裝在移動小車內部第一層，信號收發天線安裝在移動小車外部右側。無線通訊模塊一端采用無線局域網標準協議IEEE 802.11b/g/a/h，與總控制臺實時無線連接，及時獲取總控臺發出的取液指令和運動指令，同時將移動小車以及關聯系統的狀態及時報告給總控臺。無線通訊模塊另一端與移動小車PLC控制器通過以太網口相連，及時將總控臺發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為本發明的多關節機械臂系統模塊框圖，所述多關節機械臂系統是根據高危環境危化溶液定量提取特點設計的一個集機械、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，與移動小車協作完成危化溶液提起、危化溶液轉運、危化溶液放置等工作。主要包括機械本體、伺服驅動以及運動控制部分。

機械本體由執行單元、機械臂本體、傳感部件組成。執行單元由伺服電機、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、轉速、電流、電壓等參數的傳感器。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，內部安裝底座的直流伺服驅動電機、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，內部安裝有大臂的直流伺服驅動電機、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，內部安裝有小臂的直流伺服驅動電機、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行器組成，在滾珠絲杠運動副里面采用螺母驅動的方式，使絲杠螺母在直流伺服電機經同步帶驅動下產生旋轉運動，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；控制部分和伺服驅動部分放置在移動小車內部，減輕輻射的影響。

圖13為本發明的多功能夾具結構圖，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機械臂末端，外觀和內部結構如下圖所示。

多功能夾具裝置包括一個夾具本體、一個轉動裝置、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機械臂PLC控制器接收到移動小車PLC控制器發送的取液指令或抓取指令，若為取液指令，則多關節機械臂控制器控制轉動裝置將定量取液裝置轉到豎直向下的位置，再控制定量取液裝置的氣動電磁閥打開，則危化溶液逐漸進入定量取液裝置。與此同時，定量取液裝置中的氣體流量信息、壓力信息、危化溶液高度信息通過相應傳感器快速反饋到多關節機械臂控制器，達到設定量后停止動作。若為抓取指令，則多關節機械臂控制器控制轉動裝置將三爪卡盤裝置轉到豎直向下的位置，再控制三爪卡盤氣動電磁閥打開，實現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機械臂控制器，與氣動電磁閥配合，實現抓取力的精確控制。

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。

所述轉動裝置由旋轉氣缸、氣缸活塞、氣缸固定件、消聲器、位置傳感器等組成，旋轉氣缸通過氣缸固定件安裝在夾具本體上半部內，氣缸活塞與夾具本體下半部固定相連，工作時由旋轉氣缸提供動力，通過氣缸180°轉動實現夾具本體兩半之間相對轉動，從而實現三爪卡盤裝置與定量取液裝置的工具轉換。位置傳感器用來檢測氣缸活塞是否轉動了180°位置，并將到位信息傳遞給多關節機械臂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側，由防滑耐酸堿柔性材料保護，用于監測抓取盛放危化溶液的量杯時的抓取力，并將壓力信息傳遞給多關節機械臂的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。其中數字式電磁閥與多關節機械臂的PLC控制器相連，通過多關節機械臂的PLC控制器控制數字式電磁閥，進而控制整條氣路的通斷，實現卡爪同時收緊和張開的功能。氣動裝置安裝在移動小車內部第二層。

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，非工作狀態時三爪卡盤軸線與地面平行，工作狀態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，本體左側上部有一個氣動系統連接口，本體右側為液面位置檢測傳感裝置，本體內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，可保證氣體室穩定有效工作。下容器室為液體室，用于盛放提取的危化溶液。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，用來檢測液體抽取過程中液面的高度信息，經數據處理和轉換后傳遞給多關節機械臂的PLC控制器。液面位置檢測傳感器是由粘接劑、固態電容組件、數據轉換電路等組成的液面檢測裝置，固態電容組件由N組固態鋁電解電容經一定組合而成，可根據液位的高度變化發生電容大小變化，再經數據轉換電路將電容大小變化轉換成數字量，從而實現液位的實時監測。固態電容組件通過粘接劑粘貼在取液容器本體右側，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通數字式電磁閥、一個真空發生器組件、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通數字式電磁閥有兩個出氣口，真空發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生器組件的進氣口相連，另一個出氣口與真空發生器組件的出氣口相連，同時真空發生器組件的出氣口與速度控制閥相連，中間連接一個監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，氣動裝置中的數字式電磁閥的控制端與多關節機械臂的PLC控制器相連，實現多關節機械臂的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電磁閥流過真空發生器組件時產生正壓或負壓，使取液容器本體氣體室內的壓力大于或小于液體室內的壓力，活塞在壓力差作用下向下或向上移動，實現液體的精確提取和排出。氣動裝置安裝在移動小車內部第二層。

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，工作狀態時其中心軸線與地面保持垂直。

圖14為本發明的視覺超聲波檢測工作原理圖，視覺超聲波檢測系統，是一套無線遠程監控系統，是移動機器人系統的“眼睛”，來用監視移動路徑上的障礙、計算移動機器人的空間位置。該系統主要由總控制臺、無線通訊模塊以及數據采集處理模塊組成，其中數據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CCD相機獲取高危環境下的二維圖像信息，經圖像處理轉換成平面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，兩者經邏輯單元處理后可獲得空間位置坐標，移動小車系統根據空間坐標信息進行精確定位。

總控制臺監控應用系統有視覺超聲波監控模塊，通過無線WIFI與無線通訊模塊與數據采集模塊相連，數據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，并通過以太網接口和無線通訊模塊，將數據反饋給總控制臺，總控制臺將數據放在視頻服務器，便于監控模塊進行環境可視化監控和圖像空間坐標計算。

數據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CCD傳感器、一個超聲波位移傳感器、一個超聲波模數轉換裝置、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轉換裝置與嵌入式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據采集。另一塊直角安裝板安裝在夾具裝置右側，其上安裝一個工業CCD傳感器，用于實時監視危化溶液定量提取過程及裝置中液面高度。

圖像采集卡、超聲波模數轉換裝置、嵌入式ARM處理器、無線通訊裝置安裝在移動小車內部，其中無線通訊裝置通過無線WIFI 采用802.11b/g/a/h標準協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字信息及時傳遞出去。

圖15為本發明的危化溶液存儲系統結構圖。所述危化溶液存儲裝置，主要用來安全存儲和可靠轉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，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，正常密封后可防止危化溶液運輸過程中濺落出來。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形成轉動副，連桿尾部與一個活動氣缸的活塞通過鉸鏈2形成轉動副連接。容腔本體兩側底部有四個安裝座，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形成轉動副；氣缸缸體呈圓柱狀，右側有兩個氣動連接口，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形成轉動副，使活動氣缸可以繞鉸鏈3自由轉動。

取液量杯采用透明的鋼化玻璃材質，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。其測量數值經A/D轉換后通過數據線連接到移動小車PLC控制器，以便時刻監測取液量杯中危化溶液的動態重量。

存儲裝置中的氣動裝置包括一個3位5通數字式電磁閥、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。其中數字式電磁閥由移動小車PLC控制器控制，在多關節機械臂系統進行取液、放液等相關動作時，移動小車PLC控制器發送相應控制信號給氣動裝置電磁閥控制端，驅動密封頂蓋配合機械臂執行打開和關閉操作。該氣動裝置安裝在移動小車內部第二層。

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，實現密封頂蓋的打開和關閉；重量傳感器通過AD轉換器與移動小車PLC控制器相連，實時獲取取液過程中危化溶液的重量信息，通過反饋實現危化溶液精確量化控制。

圖16為本發明的電源系統模塊構成圖。所述電源系統，用來為移動機器人系統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，由發射模塊、接收模塊等兩部分組成；電源管理系統是一個電池串管理系統，由數據采集模塊、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監控、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電路圖如下所示，該系統由電源發射模塊和電源接收模塊組成，電源發射模塊由無線發送裝置和發送電源管理模塊組成，其中無線發送裝置由高頻激勵源、諧振發射電路以及中繼電路組成，整個裝置安裝于安全區域地面上，構成電源發射端；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實時監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電量不足，需要充電；如果在執行工作中電量低于一定閾值，則移動機械人向總控臺發出低電量告警，中斷當前的取液或移動操作，保存當前任務狀態，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射裝置安裝位置，此時電源輸入端將交流市電經無線充電裝置轉換成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，繼續進行相應操作。

對于具體實施方式的理解的描述僅僅是為幫助理解本發明，而不是用來限制本發明的。本領域技術人員均可以利用本發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明的思想和要點，仍然在本發明的保護范圍之內。