CN116423471B - 一种用于通量实验操作的智能协作机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于通量实验操作的智能协作机器人，其包括输入模块、控制模块和执行模块，输入模块设置为能够接收外部任务，并将外部任务传送至控制模块；控制模块包括处理器和存储器，处理器设置为将外部任务分解为多个子任务，存储器存储有与多个子任务对应的不同的指令；执行模块包括行走机构和操作机构，行走机构设置为能够接收相应的移动指令移动至规定位置，操作机构设置为能够接收相应的操作指令进行实验操作。本发明的智能协作机器人能够实现与实验室仪器配套使用，在整个实验操作流程中实现全自动以及精准操作，大大提高实验效率，同时缩短实验周期。此外，本发明的智能协作机器人成本低，具有广泛应用前景。

Description

一种用于通量实验操作的智能协作机器人

技术领域

本发明涉及实验室机器人领域，具体地一种用于通量实验操作的智能协作机器人。

背景技术

人工智能在农业和生物化学实验室中都有广泛的应用。在农业方面，机器人可以辅助人们完成一些重复性或者危险的工作。而且，机器人还可以利用传感器对土壤、气温、湿度、光照、样本采集等数据进行实时监测和分析，帮助做出更加科学的决策，提高农业的产量和质量。

在生物化学实验室中，机器人可以代替人类完成一些重复性或者危险的实验操作，比如药物合成、试剂配制、化学品分析、植物通量分析等等。机器人的操作精度和稳定性都非常高，可以大幅度减少实验误差和事故发生的风险，提高实验数据的可靠性和准确性。

然而，机器人在与各类生物化学实验仪器协作方面还存在某些缺陷。例如，机器人不能像人类一样动态调整行动计划；各类仪器之间传输样品的过程中可能存在样品的污染或者损失，严重影响分析结果的准确性；不同仪器之间可能存在样品转移的难题，需要进行复杂的可靠性测试方案的开发和优化；机器人在搬运和处理样品的过程中可能会受到环境干扰而出现故障或者误差，造成实验数据的不可靠性；机器人在和生物化学分析仪器之间进行协作时，需要进行一定的人工操作和人类指导，这也会限制机器人的自主性和灵活性。

此外，由于机器人的复杂性和成本较高，对于一些规模较小的农业或者实验室来说，机器人的投入成本可能会过高，这也限制了其应用。

背景技术中的信息仅仅在于说明本发明的总体背景，不应视为承认或以任何形式暗示这些信息构成本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容

为解决现有技术中的技术问题，本发明提供一种药剂盒夹取装置及方法。具体地，本发明主要包括以下内容。

本发明的提供一种用于通量实验操作的智能协作机器人，其包括输入模块、控制模块和执行模块，其中：

所述输入模块设置为能够接收外部任务，并将所述外部任务传送至所述控制模块；

所述控制模块包括处理器和存储器，所述处理器设置为将所述外部任务分解为多个子任务，所述存储器存储有与所述多个子任务对应的不同的指令；

所述执行模块包括行走机构和操作机构，所述行走机构包括驱动机构、移动轮和第一视觉传感器，所述行走机构设置为能够接收相应的移动指令移动至规定位置，所述操作机构包括机械臂、机械抓手和第二视觉传感器，所述操作机构设置为能够接收相应的操作指令进行实验操作。

在某些实施方案中，根据本发明所述的用于通量实验操作的智能协作机器人，其中，所述外部任务来自用户输入、互联网、移动端和/或云端。

在某些实施方案中，根据本发明所述的用于通量实验操作的智能协作机器人，其中，所述外部任务为生物实验，所述处理器根据实验流程将所述外部任务分解为多个子任务，且各子任务对应的指令包括至少一个移动指令和至少一个操作指令，当执行所述移动指令时能够通过行走机构使机器人移动至对应的工位，当执行所述操作指令时能够通过操作机构使机器人完成对应的实验操作步骤。

在某些实施方案中，根据本发明所述的用于通量实验操作的智能协作机器人，其中，进一步包括本体，且所述本体设置有孔板堆垛机构，所述机械臂固定于所述本体，所述机械抓手设置为能够在不同设备之间取放孔板。

在某些实施方案中，根据本发明所述的用于通量实验操作的智能协作机器人，其中，所述孔板堆垛机构包括孔板阵列、导向块和限位块。

在某些实施方案中，根据本发明所述的用于通量实验操作的智能协作机器人，其中，所述孔板堆垛机构进一步包括导杆和丝杆组件。

在某些实施方案中，根据本发明所述的用于通量实验操作的智能协作机器人，其中，所述控制模块控制执行以下操作：通过所述第一视觉传感器识别不同位置的引导码将机器人引导到达所需工位，通过所述第二视觉传感器识别定位码使所述机械抓手进行定位，从而通过所述机械抓手实现在所需位置的孔板取放。

在某些实施方案中，根据本发明所述的用于通量实验操作的智能协作机器人，其中，所述定位码设计为能够根据其位置读取出机械抓手在空间中的位置和姿态，并传输至所述处理器计算得到机械抓手需要移动的位置和调姿。

在某些实施方案中，根据本发明所述的用于通量实验操作的智能协作机器人，其中，进一步包括底盘，所述底盘根据接收的移动指令通过所述移动轮控制机器人运动。

在某些实施方案中，根据本发明所述的用于通量实验操作的智能协作机器人，其中，所述底盘为差速底盘，车辆轮速计根据电机的运动反馈，计算机器人前后方向运动速度和/或转向角速度。

本发明的通量实验操作的智能协作机器人能够实现与生物或化学实验室仪器配套使用，在整个实验操作流程中实现全自动以及精准操作，大大提高实验效率，同时缩短实验周期。此外，本发明的智能协作机器人成本低，在生物或化学实验室中具有广泛应用前景。

附图说明

图1为示例性的用于通量实验操作的智能协作机器人的行走机构的后视图。

图2为示例性的用于通量实验操作的智能协作机器人的操作机构的主视图。

图3为示例性的用于通量实验操作的智能协作机器人的孔板堆垛机构的俯视图。

图4为示例性的用于通量实验操作的智能协作机器人的行走机构的仰视图。

图5为示例性的用于通量实验操作的智能协作机器人的操作机构的结构示意图。

图6为示例性的用于通量实验操作的智能协作机器人的本体示意图。

图7为示例性的用于通量实验操作的智能协作机器人的孔板堆垛机构的结构示意图。

图8-9为示例性的用于通量实验操作的智能协作机器人的底盘示意图。

图10示例性的用于通量实验操作的智能协作机器人的结构示意图。

附图标记说明：

100-行走机构、200-操作机构、300-孔板堆垛机构、400-本体、500-底盘；

110-驱动轮、120-万向轮、130-第一视觉传感器；210-机械臂、220-关节组件、230-机械抓手、240-第二视觉传感器；310-孔板阵列、320-导向块、330-导杆、340-丝杆组件、350-电机、360-电池组；410-充电机构、420-开关按钮、430-急停按钮、440-接口；510-第三视觉传感器。

具体实施方式

现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。

应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。另外，对于本发明中的数值范围，应理解为具体公开了该范围的上限和下限以及它们之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。

除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。

说明书和权利要求书中的术语第一、第二、第三等用于区分类似元件，而并不一定用于描述顺序或时序。应当理解，如此使用的术语在特定条件下可互换，并且本文所描述的本发明的实施例能够以不同于本文所描述或例示的其他顺序进行操作。

另外，在说明书和权利要求书中的术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。应当理解，如此使用的术语在适当条件下可替换，并且本文所描述的本发明的实施例能够以不同于本文所描述或例示的其他取向进行操作。

术语“包括”、“包含”、“含有”、“具有”或其它类似语义的描述，应被解释为非排它性的包括。例如：包括某技术特征要素(如原料、组分、成分、载体、剂型、材料、尺寸、零件、部件、机构、装置、步骤、工序、方法、反应条件、加工条件、参数、算法、信号、数据、产品或制品等)，应被解释为不仅包括明确列出的某技术特征要素，还可以包括未明确列出的本领域公知的其它技术特征要素。

除另有明确的规定或限定外，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如：可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本文中的具体含义。

本发明的机器人是指能够与任何具有孔板相关的实验流程操作的仪器配套使用的智能化协作装置。具有孔板相关的实验流程操作的实例包括但不限于：溶液稀释、植物叶片的提取、来源于植物核酸提取物分析(包括核酸的纯化、分离、打断、基因分型(包括PCR))等。因此，能够完成上述实验操作的设备均在本发明的保护范围之内，此类设备的非限制性实例是例如中国专利申请CN114858505A、CN113959751A、CN110923124A和CN210458215U中所公开的装置或仪器，其内容通过引用整体并入本文。

本发明的用于通量实验操作的智能协作机器人包括输入模块、控制模块和执行模块。下面详细说明各部件。

输入模块

本发明中，输入模块设置为能够接收外部任务，并将所述外部任务传送至控制模块。其中，所述外部任务来自用户输入、互联网、移动端和/或云端。外部任务可以是标准实验操作流程，或优化的实验操作流程，或实验操作流程的至少一部分操作流程。在一个优选的实施方案中，外部任务为生物或化学实验，例如植物叶片提取、植物核酸提取、核酸分离和纯化、溶液稀释、基因分型实验、PCR、RT-PCR、高通量测序等等。

控制模块

本发明中，控制模块包括处理器和存储器，所述处理器设置为将所述外部任务分解为多个子任务，所述存储器存储有与所述多个子任务对应的不同的指令。

本发明中，输入模块与控制模块之间连接方式是本领域已知的。其中，所述处理器根据实验流程将所述外部任务分解为多个子任务，且各子任务对应的指令包括至少一个移动指令和至少一个操作指令，当执行所述移动指令时能够通过行走机构使机器人移动至对应的工位，当执行所述操作指令时能够通过操作机构使机器人完成对应的实验操作步骤。

本发明中，多个子任务中任一个可以对应于实验操作流程中的一个操作步骤或多个操作步骤的组合。在一个优选的实施方案中，外部任务被顺序分解为多个子任务，多个子任务中的任一个对应于不同设备的实验操作。在另一个优选的实施方案中，外部任务被顺序分解为多个子任务，多个子任务包括不同的孔板在不同设备之间的取放关系。

本发明中，所述控制模块控制执行以下操作：通过第一视觉传感器识别不同位置的引导码将机器人引导到达所需工位，通过第二视觉传感器识别定位码使机械抓手进行定位，从而通过机械抓手实现在所需位置的孔板取放。

本发明中，引导码分别设置于不同的操作工位，操作工位上设置有实现不同生物或化学实验操作的装置或仪器，从而通过第一视觉传感器与实验设备进行精确的定位和导航。在一个优选的实施方案中，本发明采用自主导航技术控制的移动方式，机器人通过第一视觉传感器，读取引导码并结合机器人车辆轮速计实现实时定位，根据导航***给出的目的地(操作工位)，由机器人车辆运动控制***控制差速底盘实现机器人的运动，从而实现机器人在实验室的自主导航和行走。

本发明中，所述控制模块控制执行以下操作：通过第二视觉传感器识别定位码使机械抓手进行定位，从而通过机械抓手实现在所需位置的孔板取放。所述定位码包括第一定位码和第二定位码，所述第一定位码设置于本体的孔板堆垛机构，优选设置于孔板阵列或靠近孔板阵列的本体上。第二定位码包括设置于与机器人配套的实验仪器或装置中，优选设置于所述实验仪器或装置中的用于放置孔板的相应位置。

本发明中，在机器人到达实验设备操作工位后，机械抓手移动至取放孔板附近，通过机械抓手的第二视觉传感器读取到定位码。由于机器人的运动误差主要来自于水平平面，在高度的机械臂误差非常小，可以计算出机械臂与定位码的距离，定位码的大小也是固定的，因此，可以根据读取到定位码的位置计算出第二视觉传感器在空间中的位置和姿态。根据这个位置和姿态可以计算出取放孔板的位置和姿态，并传给机械臂将孔板准确的在孔板操作位置上取放。

执行模块

本发明的所述执行模块包括行走机构和操作机构，所述行走机构包括驱动机构、移动轮和第一视觉传感器，所述行走机构设置为能够接收相应的移动指令移动至规定位置。行走机构进一步包括底盘，所述底盘根据接收的移动指令通过所述移动轮控制机器人运动。在一个优选的实施方案中，所述底盘为差速底盘，车辆轮速计根据电机的运动反馈，计算机器人前后方向运动速度和/或转向角速度。

本发明中，所述操作机构包括机械臂、机械抓手和第二视觉传感器，所述操作机构设置为能够接收相应的操作指令进行实验操作。机械臂的数量不特别限定，可以根据需要进行调整，例如，机械臂可以设置1个，或者多于1个，例如2个或更多个，从而在取放孔板操作的同时实现其他实验操作步骤，例如生物化学相关试剂的添加和吸取等。

本发明中，机器人的机械臂和机械抓手结构和连接关系是本领域已知的，其包括：关节组件、连杆组件、驱动组件、控制器组件等。关节组件可以是机械臂之间，或机械臂和机械抓手的旋转连接点，通常由电机或气压缸驱动，起到使机械臂或者机械抓手运动的作用。连杆组件是连接各个关节组件的部分，通过不同长度的配置，机械臂和机械抓手得以完成各种复杂的姿态。驱动组件设置为机器人运动的动力来源，包括电机、气动马达等装置，通过它们使机械臂和机械抓手进行运动。控制器组件用于接收指令并控制机器人动作，通常包括多个传感器和控制器等。传感器可以感知到机器人周围的环境和工作对象，将这些信息传递给计算机，计算机根据预先设定的实验程序和算法给出运动的控制指令，实现机械臂和机械抓手运动和调姿。

在本发明中，可以理解，实现机器人机械臂和机械抓手的运动和调姿时，可以预先设计运动轨迹，计算出各关节组件的位置、姿态、速度和加速度等参数，然后根据这些参数通过控制器驱动相应的驱动组件和关节组件，达到机器人预设的目标位置和姿态，本领域熟知如何进行上述设计和参数设置。

本发明中，机械抓手应做广义理解，即其不仅能够实现抓取操作，还能够实现取放、开盖、按压、触碰、拉动、旋钮等操作。用于机械抓手的驱动可以是选自液压驱动、气压驱动、电气驱动和机械驱动中的至少一种。

本发明中，机械臂的臂展不特别限定，可以根据需要进行调整，优选地，其臂展为500-1500mm，例如500、600、700、800、900、1000、1200、1500mm等。

本发明中，第一视觉传感器可以设置于本体，或者设置于底盘，优选设置于底盘的底部，所述第一视觉传感器可以设置为至少一个，例如2、3、4个或更多个，第一视觉传感器与本发明的控制模块的连接方式是本领域已知的。在一个优选的实施方案中，第一视觉感受器为二维码相机。

本发明中，第二视觉传感器设置于操作机构的机械臂，并且其位置靠近操作机构的机械抓手，所述第二传感器可以设置为至少一个，例如2、3、4个或更多个，第二视觉传感器与本发明的控制模块的连接方式是本领域已知的。在一个优选的实施方案中，第二视觉感受器为二维码相机。

本发明的智能协作机器人进一步设置有第三视觉传感器，其位置不特别限定，在一个优选的实施方案中，第三视觉传感器设置在底盘上。在另一个优选的实施方案中，第三视觉传感器设置在本体的侧面。第三视觉传感器用于感应障碍物，从而防止机器人在移动过程中与其他物体发生碰撞。第三视觉传感器的数量不特别限定，其设置为至少一个，例如2、3、4个或更多个。在一个优选的实施方案中，第三视觉传感器为激光雷达。

本发明中，底盘为差速底盘，使得车辆轮速计根据电机的运动反馈，能够计算机器人前后方向运动速度和/或转向角速度。

本发明的行走机构中，驱动机构用于驱动移动轮的运动，驱动机构的实例包括但不限于电池组及电机。移动轮可以包括至少一组万向轮和定向轮，其数量不特别限定。

本领域的技术人员可以理解的是，本发明所述的各种示例性实施方案以通过软件结合必要的硬件的方式来实现。因此，根据本发明的具体实施方案包括软件形式的产品，该软件形式的产品可以存储在一个非易失性存储介质或非暂态计算机可读存储介质(可以是CD-ROM、U盘、移动硬盘等)中或网络上，包括若干指令以使得本发明的机器人执行实验操作。

本发明的存储器还可以包括具有一组(至少一个)程序模块的程序/实用工具，这样的程序模块包括但不限于：机器人定位及导航***、车辆运动控制***、机械臂控制***、机械抓手定位***、实验流程控制***、孔盘控制***、一个或者多个应用程序、其它程序模块以及程序数据，这些示例中的每一个或某种组合中可能包括网络环境的实现。

本体及孔板堆垛机构

本发明的智能协作机器人包括本体以及设置于本体上的孔板堆垛机构。本体上固定有来自操作机构的机械臂。本体长度、宽度和高度不特别限定，可以根据需要进行调整，优选地，其长度为400-1000mm，例如400、500、600、700、800、900、1000mm；宽度为400-1000mm，例如400、500、600、700、800、900、1000mm；高度为500-15000mm，优选500-1000mm，例如500、600、700、800、900、1000mm。

本发明中，孔板堆垛机构用于与其他生物化学实验设备或仪器，特别是用于农业研究，例如植物实验协作使用，其包括孔板阵列、导向块、导杆、丝杆组件、电机和电池组。孔板阵列是指多个孔板的组合，孔板的类型不特别限定，可以是任何市售标准孔板，例如96孔板、384孔板等。孔板阵列可以是任意孔板的阵列组合，例如1、2、3、4、5、6、7、8列孔板，每列孔板的个数不特别限定，例如每列可以在垂直于所述孔板的方向上摆放1、2、3、4、5、6、7、8个孔板。

本发明的孔板堆垛机构中，限位块用于限定孔板位置，其通过固定或可调节的方式连接于所述本体上，限位块的个数不特别限定，可以根据需要进行调整。导向块和导杆用于在垂直于所述孔板的方向上对孔板阵列的运动进行导向，同时限定孔板阵列。丝杆组件与电机连接，在垂直于所述孔板的方向上使孔板阵列进行上移或下移。

本发明中，导向块的形状不特别限定，例如可以是具有L型或大致为L型的构件。

本发明中，本体上进一步设置有开关按钮、急停按钮以及接口等，接口包括但不限于例如USB扩展接口和HDMI接口。在一个优选的实施方案中，本发明的本体的侧面进一步设置有与充电工位配合的充电机构，充电工位设置有用于充电操作的定位码，从而在本发明的智能协作机器人处于空闲状态时，进行执行模块的充电操作步骤，智能协作机器人移动至充电工位，并通过第一视觉传感器识别充电工位的定位码，在充电工位完整对准和自动充电操作步骤。

实施例1

如图1所示，本发明的用于通量实验操作的智能协作机器人包括输入模块、控制模块和执行模块100。本发明中，输入模块设置为能够接收外部任务，并将所述外部任务传送至控制模块。其中，所述外部任务来自用户输入、互联网、移动端和/或云端。外部任务可以是标准实验操作流程，或优化的实验操作流程，或实验操作流程的至少一部分操作流程。外部任务可以为生物或化学实验，例如植物叶片提取、植物核酸提取、核酸分离和纯化、溶液稀释、基因分型实验、PCR、RT-PCR、高通量测序等等。

本发明中，控制模块包括处理器和存储器，所述处理器设置为将所述外部任务分解为多个子任务，所述存储器存储有与所述多个子任务对应的不同的指令。

本发明中，输入模块与控制模块之间连接方式是本领域已知的。其中，所述处理器根据实验流程将所述外部任务分解为多个子任务，且各子任务对应的指令包括至少一个移动指令和至少一个操作指令，当执行所述移动指令时能够通过行走机构100使机器人移动至对应的工位，当执行所述操作指令时能够通过操作机构200使机器人完成对应的实验操作步骤。

本发明中，多个子任务中任一个可以对应于实验操作流程中的一个操作步骤或多个操作步骤的组合。外部任务可以被顺序地分解为多个子任务，多个子任务中的任一个对应于不同设备的实验操作和/或外部任务被顺序地分解为多个子任务，多个子任务包括不同的孔板在不同设备之间的取放关系。

本发明中，所述控制模块控制执行以下操作：通过第一视觉传感器130识别不同位置的引导码将机器人引导到达所需工位，通过第二视觉传感器240识别定位码使机械抓手230进行定位，从而通过机械抓手230实现在所需位置的孔板取放。

本发明中，引导码分别设置于不同的操作工位，操作工位上设置有实现不同生物或化学实验操作的装置或仪器，从而通过第一视觉传感器130与实验设备进行精确的定位和导航。本发明采用自主导航技术控制的移动方式，机器人通过第一视觉传感器130，读取引导码并结合机器人车辆轮速计实现实时定位，根据导航***给出的目的地(操作工位)，由机器人车辆运动控制***控制差速底盘实现机器人的运动，从而实现机器人在实验室的自主导航和行走。

本发明中，所述控制模块控制执行以下操作：通过第二视觉传感器240识别定位码使机械抓手230进行定位，从而通过机械抓手230实现在所需位置的孔板取放。所述定位码包括第一定位码和第二定位码，所述第一定位码设置于本体400上的孔板堆垛机构300，特别是设置于孔板阵列310或靠近孔板阵列310的本体上。第二定位码包括设置于与机器人配套的实验仪器或装置中，特别是设置于所述实验仪器或装置中的用于放置孔板的相应位置。

本发明中，在机器人到达实验设备操作工位后，机械抓手230移动至取放孔板附近，通过机械抓手230附近的第二视觉传感器240读取到定位码。由于机器人的运动误差主要来自于水平平面，在高度的机械臂210误差非常小，可以计算出机械臂210与定位码的距离，定位码的大小也是固定的，因此，可以根据读取到定位码的位置计算出第二视觉传感器240在空间中的位置和姿态。根据这个位置和姿态可以计算出取放孔板的位置和姿态，并传给机械臂210将孔板准确的在孔板操作位置上取放。

如图4所示，本发明的所述执行模块包括行走机构100和操作机构200，所述行走机构100包括驱动机构、移动轮和第一视觉传感器130，所述行走机构100设置为能够接收相应的移动指令移动至规定位置。行走机构100进一步包括底盘500，所述底盘500根据接收的移动指令通过所述移动轮控制机器人运动。所述底盘500为差速底盘，车辆轮速计根据电机350的运动反馈，计算机器人前后方向运动速度和/或转向角速度。

如图5所示，本发明的操作机构200包括机械臂210、机械抓手230和第二视觉传感器240，所述操作机构200设置为能够接收相应的操作指令进行实验操作。机械臂210的数量不特别限定，可以根据需要进行调整，例如，机械臂210可以设置1个，或者多于1个，例如2个或更多个，从而在取放孔板操作的同时实现其他实验操作步骤，例如生物化学相关试剂的添加和吸取等。

本发明中，机器人的机械臂210和机械抓手230结构和连接关系是本领域已知的，其包括：关节组件220、连杆组件、驱动组件、控制器组件等。关节组件220可以是机械臂210之间，或机械臂210和机械抓手230的旋转连接点，其通常由电机或气压缸驱动，起到使机械臂210或者机械抓手230运动的作用。连杆组件是连接各个关节组件220的部分，通过不同长度的配置，机械臂210和机械抓手230得以完成各种复杂的姿态。驱动组件设置为机器人运动的动力来源，包括电机、气动马达等装置，通过它们使机械臂210和机械抓手230进行运动。控制器组件用于接收指令并控制机器人动作，通常包括多个传感器和控制器等。传感器可以感知到机器人周围的环境和工作对象，将这些信息传递给计算机，计算机根据预先设定的实验程序和算法给出运动的控制指令，实现机械臂210和机械抓手230运动和调姿。

在本发明中，可以理解，实现机器人机械臂210和机械抓手230的运动和调姿时，可以预先设计运动轨迹，计算出各关节组件220的位置、姿态、速度和加速度等参数，然后根据这些参数通过控制器驱动相应的驱动组件和关节组件220，达到机器人预设的目标位置和姿态，本领域熟知如何进行上述设计和参数设置。

本发明中，机械抓手230应做广义理解，即其不仅能够实现抓取操作，还能够实现取放、开盖、按压、触碰、拉动、旋钮等操作。用于机械抓手230的驱动可以是选自液压驱动、气压驱动、电气驱动和机械驱动中的至少一种。

本发明中，机械臂210的臂展不特别限定，可以根据需要进行调整，其臂展为500-1500mm，例如500、600、700、800、900、1000、1200、1500mm等。

如图6、8和9所示，本发明中，第一视觉传感器130可以设置于本体400，或者设置于底盘500，特别是设置于底盘500的底部，所述第一视觉传感器130可以设置为至少一个，例如2、3、4个或更多个，第一视觉传感器130与本发明的控制模块的连接方式是本领域已知的。

本发明中，第二视觉传感器240设置于操作机构的机械臂，并且其位置靠近操作机构200的机械抓手230，所述第二传感器240可以设置为至少一个，例如2、3、4个或更多个，第二视觉传感器240与本发明的控制模块的连接方式是本领域已知的。

如图4所示，本发明的智能协作机器人进一步设置有第三视觉传感器510，第三视觉传感器510可以设置在底盘500上。或者，第三视觉传感器510设置在本体400的侧面。第三视觉传感器510用于感应障碍物，从而防止机器人在移动过程中与其他物体发生碰撞。第三视觉传感器510的数量不特别限定，其设置为至少一个，例如2、3、4个或更多个。第三视觉传感器510为激光雷达。

本发明中，底盘500为差速底盘，使得车辆轮速计根据电机的运动反馈，能够计算机器人前后方向运动速度和/或转向角速度。

本发明的行走机构100中，驱动机构用于驱动移动轮的运动，驱动机构100包括电池组及电机。移动轮可以包括至少一组万向轮110和定向轮120，其数量不特别限定。

如图7所示，本发明的智能协作机器人包括本体400以及设置于本体400上的孔板堆垛机构300。本体400上固定有来自操作机构200的机械臂210。本体400长度、宽度和高度不特别限定，可以根据需要进行调整。在本实施例中，其长度为400-1000mm，例如400、500、600、700、800、900、1000mm；宽度为400-1000mm，例如400、500、600、700、800、900、1000mm；高度为500-15000mm，特别是500-1000mm，例如500、600、700、800、900、1000mm。

本发明中，孔板堆垛机构300用于与其他生物化学实验设备或仪器，特别是用于农业研究，例如植物实验协作使用，其包括孔板阵列310、导向块320、导杆330、丝杆组件340、电机350和电池组360。孔板阵列310是指多个孔板的组合，孔板的类型不特别限定，可以是任何市售标准孔板，例如96孔板、384孔板等。孔板阵列310可以是任意孔板的阵列组合，例如1、2、3、4、5、6、7、8列孔板，每列孔板的个数不特别限定，例如每列可以在垂直于所述孔板的方向上摆放1、2、3、4、5、6、7、8个孔板。

本发明的孔板堆垛机构300中，导向块320和导杆330用于在垂直于所述孔板的方向上对孔板阵列310的运动进行导向，同时限定孔板阵列310。丝杆组件340与电机350连接，在垂直于所述孔板的方向上使孔板阵列310进行上移或下移。

本发明中，导向块320的形状不特别限定，例如可以是具有L型或大致为L型的构件。丝杆组件340的形状不特别限定，例如可以是具有T型或大致为T型的构件。

如图10所示，本发明中，本体400上进一步设置有充电机构410、开关按钮420、急停按钮430以及接口440等，接口440包括但不限于例如USB扩展接口和HDMI接口。在本体400的侧面设置与充电工位配合的充电机构410，充电工位设置有用于充电操作的定位码，从而在本发明的智能协作机器人处于空闲状态时，进行执行模块的充电操作步骤，智能协作机器人移动至充电工位，并通过第一视觉传感器130识别充电工位的定位码，在充电工位完整对准和自动充电操作步骤。

实施例2

本实施例提供智能协作机器人的通量实验操作过程，机器人接收到实验任务之后，首先会由实验流程控制***将任务进行分解，按照实验步骤，首先任务被顺序分解为每种设备的操作，以及不同的孔板在不同设备之间的取放关系。对于每一种设备的操作，继续分解为以下步骤：1)机器人运动到操作工位，2)通过丝杆组件340控制孔板堆垛，将指定的孔板道升降到指定位置；3)机械抓手230抓取孔板；4)机械臂210移动到放置孔板的位置附近，使用机械抓手230上的第二视觉传感器240做二次精准定位，5)机器人的机械抓手230将孔板放置于孔板道；6)完成所有的孔板放置后，机器人通过控制模块中的设备交互器通知实验设备开始实验；7)实验设备进行实验；8)实验设备完成实验，并通过控制模块中的设备交互器告知机器人实验完成；9)机械臂210移动到孔板道附近，使用机械机械抓手230上的第二视觉传感器240做二次精准定位；10)机器人取走孔板；11)控制孔板堆垛机构300，准备好孔板放置位置；12)放置孔板到孔板堆垛机构300；13)当所有孔板均取走该设备操作完成。

尽管本发明已经参考示例性实施方案进行了描述，但应理解本发明不限于公开的示例性实施方案。在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的示例性实施方案做多种调整或变化。权利要求的范围应基于最宽的解释以涵盖所有修改和等同结构与功能。

Claims (5)

1.一种用于通量实验操作的智能协作机器人，其特征在于，包括输入模块、控制模块和执行模块，其中：

所述输入模块设置为能够接收外部任务，并将所述外部任务传送至所述控制模块；

所述控制模块包括处理器和存储器，所述处理器设置为将所述外部任务分解为多个子任务，所述存储器存储有与所述多个子任务对应的不同的指令；

所述执行模块包括行走机构和操作机构，所述行走机构包括驱动机构、移动轮和第一视觉传感器，所述行走机构设置为能够接收相应的移动指令移动至规定位置，所述操作机构包括机械臂、机械抓手和第二视觉传感器，所述操作机构设置为能够接收相应的操作指令进行实验操作；

进一步包括本体，且所述本体设置有孔板堆垛机构，所述机械臂固定于所述本体，所述机械抓手设置为能够在不同设备之间取放孔板，所述孔板堆垛机构包括孔板阵列和导向块，所述孔板堆垛机构进一步包括导杆和丝杆组件，在孔板堆垛机构中，导向块和导杆用于在垂直于孔板的方向上对孔板阵列的运动进行导向，同时限定孔板阵列，通过丝杆组件控制孔板堆垛，将指定的孔板道升降到指定位置；

所述控制模块控制执行以下操作：通过所述第一视觉传感器识别不同位置的引导码将机器人引导到达所需工位，通过所述第二视觉传感器识别定位码使所述机械抓手进行定位，从而通过所述机械抓手实现在所需位置的孔板取放，所述定位码设计为能够根据其位置读取出机械抓手在空间中的位置和姿态，并传输至所述处理器计算得到机械抓手需要移动的位置和调姿。

2.根据权利要求1所述的用于通量实验操作的智能协作机器人，其特征在于，所述外部任务来自用户输入、互联网、移动端和/或云端。

3.根据权利要求1所述的用于通量实验操作的智能协作机器人，其特征在于，所述外部任务为生物实验，所述处理器根据实验流程将所述外部任务分解为多个子任务，且各子任务对应的指令包括至少一个移动指令和至少一个操作指令，当执行所述移动指令时能够通过行走机构使机器人移动至对应的工位，当执行所述操作指令时能够通过操作机构使机器人完成对应的实验操作步骤。

4.根据权利要求1所述的用于通量实验操作的智能协作机器人，其特征在于，进一步包括底盘，所述底盘根据接收的移动指令通过所述移动轮控制机器人运动。

5.根据权利要求4所述的用于通量实验操作的智能协作机器人，其特征在于，所述底盘为差速底盘，使得车辆轮速计根据电机的运动反馈，计算机器人前后方向运动速度和/或转向角速度。